Тип двигателя гибрид: Гибридный автомобиль своими руками: состав гибридного агрегата

Содержание

Гибридная трансмиссия — Энциклопедия журнала "За рулем"

Непрерывное ужесточение экологических норм заставляет производителя заниматься модернизацией не только двигателя, но и трансмиссии. Скоро будут введены такие нормы, вписаться в которые сможет только гибридный автомобиль. Это значит, что все автомобили, продаваемые в Европе, а потом и в во всем мире, будут гибридными.

На самом деле секрета никакого нет. Дело в том, что коробка передач строится под характеристики ВСХ конкретного двигателя. Современные моторы в погоне за экономией топлива имеют небольшой рабочий объем, и поэтому зона рабочих оборотов, при которых он выдает приемлемую мощность, невелика. Для поддержания двигателя в диапазоне рабочих оборотов и были созданы многоступенчатые КП. С увеличением числа передач конструкторы добиваются наиболее эффективной работы двигателя по экономичности и тяговым возможностям.
Однако простым увеличением количества ступеней дело не заканчивается. Непрерывное ужесточение экологических норм заставляет производителя заниматься модернизацией не только двигателя, но и трансмиссии. Скоро будут введены такие нормы, вписаться в которые сможет только гибридный автомобиль.

Основные типы гибридных трансмиссий

Последовательный – самый очевидный из них. В нем двигатель крутит генератор, а ведущие колеса приводит электромотор. Преимущества схемы очевидны: в силу идеальной характеристики электромотора, он на любых оборотах в состоянии выдать максимальную мощность. Его крутящий момент почти по экспоненте возрастает с падением оборотов, стремясь к бесконечности при нулевых оборотах (на самом деле, бесконечности не будет, поскольку в моторе все же есть кроме реактивного сопротивления, которое и создает, собственно, крутящий момент, и активное – сопротивление проводов). С помощью электромотора гораздо легче сдвинуть с места тяжелые грузы, обладающие огромной инерцией. По такой схеме построены тепловозы и большегрузные самосвалы. Однако последовательный гибрид громоздок и дорог. Раздельный гибрид (он же сплит) – пожалуй, наиболее совершенный с технической точки зрения гибрид на сегодняшний день. Наилучшим образом реализует возможности и ДВС, и электропривода. Но, к сожалению, требует разработки и изготовления целого ряда оригинальных узлов, причем, весьма сложных, оттого дорог. Подобный гибрид используется в Toyota Prius

Параллельный гибрид хоть и не может похвастать наивысшими характеристиками, но он – самый технологичный, и, стало быть, самый дешевый в производстве. Изготовителю трансмиссий гораздо проще начать производство именно таких гибридов, поскольку в них используются уже имеющиеся коробки передач, производство которых хорошо отлажено. Электромотор в параллельном гибриде устанавливается между ДВС и коробкой передач. Можно смело предположить, что именно этот тип гибридов получит наибольшее распространение в ближайшее время в Европе, а, значит, и в России. А раз так, имеет смысл остановиться подробнее именно на них. Примером послужит серийная автоматическая 8-ступенчатая КП компании ZF с разными типами параллельного подключения электромотора.

Типы параллельных гибридных трансмиссий

Параллельные системы разбиты на три типа. Самый простой из них микрогибрид.

Микрогибрид

Микрогибрид способен обеспечить двигателю лишь режим старт-стоп, нужный для того, чтобы глушить двигатель на коротких остановках, например, на светофоре, чтобы он не работал впустую на холостом ходу. Пуском его занимается мощный стартер, который часто работает «по совместительству» и генератором. Коробка передач при этом используется штатная, с одним маленьким дополнением под названием

HIS – Hydraulic Impulse Oil Storage – импульсный масляный насос. Он нужен для того, чтобы быстрее создать давление масла в каналах КП при пуске двигателя. Автомобили с подобными системами уже вовсю выпускаются.

Средний гибрид

Средний гибрид более сложный. Он предусматривает наличие электромотора мощностью 30-60 кВт. Такой мотор может помогать ДВС разгонять автомобиль, особенно на малых оборотах коленвала, а при торможении способен запасать электроэнергию в аккумулятор. Коробка передач в остальном самая обыкновенная, серийная, без каких-либо переделок.

Полный гибрид

Наконец, полный гибрид. Он обеспечивает, кроме прочего, движение только на элекротяге, при выключенном ДВС. Разумеется, электромотор здесь еще большей мощности, 60-100 кВт, а на грузовиках и автобусах – до 250 кВт.
В этой коробке передач уже нет гидротрансформатора – его роль с успехом выполняет электромотор. Он же используется и в качестве генератора для пополнения заряда АКБ. Разумеется, режим рекуперации здесь тоже имеется. Для движения на электротяге, при выключенном ДВС, предусмотрена специальная фрикционная муфта, отсоединяющая его от коробки передач. Вместо импульсного масляного насоса установлен электрический –

IEP – Integrated Electric Oil Pump. Он необходим для нормальной работы автоматической коробки при неработающем ДВС. Для полноценной работы подобного гибрида нужна батарея большой емкости, в привычных автолюбителю единицах измерения, 400-600 А*ч или больше, а это удовольствие ох какое недешевое.



Преимущества и недостатки

Автомобиль с гибридной трансмиссией сложен и дорог, особенно с батареями большой емкости, цена которых сопоставима с ценой самого автомобиля. Видимо, дорогим окажется и его ремонт.
К выгодам гибрида можно отнести экономичность - полный гибрид в городском трафике снижает расход топлива до 30%. Кроме того, значительно надежнее пуск двигателя, особенно зимой – мощный электоромотор легко раскручивает ДВС до полутора-двух тысяч оборотов и даже больше, тогда как привычный стартер только до 200 об/мин.br>

Устройство гибридного автомобиля

Прототип автомобиля с гибридным двигателем появился еще в конце 19 столетия. Сегодня он представляет собой транспортное средство, способное при небольшой скорости не использовать топливо, а осуществлять движение за счет электрической энергии.

Гибридный двигатель – это система, состоящая из электрического и топливного двигателей. При этом, в период работы каждый может быть задействован как по отдельности, так и оба в независимых циклах.

Устройство и принцип работы

Самый распространенный режим работы гибридного двигателя заключается в том, что при движении авто на небольшой скорости, например, в черте города, используется его электрический блок.  При движении машины по трассе – в работу включается двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В случае большой нагрузки, например, при резких подъемах в гору, в работу включаются оба двигателя.

Безусловно, к плюсам такого устройства можно отнести то, что при использовании электрического двигателя, значительно сокращается расход топлива, так как он работает от постоянно восполняемой энергии аккумулятора.

Возможность, хотя бы отчасти, снизить количество выбрасываемых вредных веществ в воздух – еще один плюс гибридной системы автомобиля.

Гибриды характеризуются малой мощностью, которую помогает компенсировать ДВС.

Двигатели в гибридах могут быть как бензиновые, так и дизельные. Более того, производители газобаллонного оборудования (ГБО) разработали системы способные работать на этих автомобилях.

Пример конструкции гибрида

Устройство гибрида включает в себя:

— Двигатель внутреннего сгорания. Его устройство и размеры сконструированы таким образом, что позволяет снизить вес, вредные выбросы и расход топлива.

— Электродвигатель разработан с учетом особенностей гибрида. Его сделали не только сгенерировано работающим с топливным блоком, но и уделили особое внимание показателям мощности. Параллельно он вырабатывает энергию для подзарядки АКБ автомобиля. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться отдельно от неё, в некоторых моделях используются сразу оба варианта.

— Трансмиссия. Работа трансмиссии гибрида фактически совпадает с ее устройством на обычных автомобилях. Но, в зависимости от вида гибридного двигателя, они могут отличаться. Коробки передач в них бывают, как гибридные с интегрированным электродвигателем, так и обычные механического и автоматического исполнения. Например, трансмиссия автомобиля Toyota устроена с разветвлением потоков мощности. Двигатель такого типа работает в режиме плавных нагрузок, что помогает значительно экономить расход топлива.

— Топливный бак. Необходим для питания топливом ДВС. Для наглядности того, что топливная система имеет ряд преимуществ, хотелось бы привести один факт в пользу этого: энергия, получаемая при сгорании 1 литра бензина сопоставима с энергией, вырабатываемой аккумулятором весом около 450 кг.

— Аккумулятор. Его главная функция – выработка достаточного уровня энергии для работы электродвигателя. В авто используется две батареи, высоковольтная и обычная на 12 (В) для питания бортовой сети. Изначально до запуска всех систем питание идет только от стандартного аккумулятора, так как для работы высоковольтной батареи и инвертора необходимо постоянное охлаждение.

-Инвертер преобразует постоянный ток высоковольтной батареи в переменный трехфазный для электродвигателя и наоборот. Также регулирует распределение энергии и управляет электродвигателем.

— Генератор. Его принцип работы такой же как у электродвигателя, но направлен на вырабатывание электрической энергии.

3 типа гибридных агрегатов

Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.

Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.

Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.

Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.

Микрогибридный силовой агрегат

Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).


Привод исключительно за счет работы электрической тяги не возможен. Рабочие характеристики 12-вольтного аккумулятора гибрида с наполнителем из стекловолокна приспособлены к частым пускам двигателя. Также для накопления энергии от рекуперации может использоваться накопитель в виде электрохимического конденсатора.

Микрогибрид от компании Mazda

Среднегибридный силовой агрегат

Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.


Устройство высоковольтной АКБ гибрида и всех его электрических частей отвечает необходимому уровню напряжения, что позволяет вырабатывать достаточно высокую мощность. В итоге, благодаря поддержке ДВС электродвигателем, его работа характеризуется максимальной эффективностью.

Полногибридный силовой агрегат

Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.


В этих автомобилях устанавливаются достаточно мощный электродвигатель и высоковольтные АКБ большего объема, что и позволяет им выдавать такие характеристики. Основой подзарядки батареи выступает также процесс рекуперации энергии.

Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.

Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС

Автомобили-гибриды сконструированы по трем схемам взаимодействия двигателей. Рассмотрим каждую из них.

Последовательная схема взаимодействия

Данный принцип устройства представляет собой самый простой вариант автомобильного двигателя-гибрида. Его схема работы такая: крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания идет к генератору. Затем генератор вырабатывает необходимое для работы электричество и передает его в аккумулятор. Дополнительно подзаряд аккумулятора осуществляется и путем процесса рекуперации кинетической энергии. В этой схеме движение автомобиля осуществляется лишь за счет электрической тяги.


Данная схема характеризуется последовательным преобразованием энергии, т.е. энергия, поступающая от сгораемого топлива в двигателе внутреннего сгорания, превращается в механическую, далее трансформируется в электрическую за счет генератора, и затем вновь преобразуется в механическую энергию.

Положительные стороны последовательной схемы:

  1. Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
  2. Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
  3. Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
  4. Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.

Отрицательные стороны последовательной схемы:

  1. На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
  2. Габариты и стоимость АКБ достаточно высокие.

Самый яркий представитель гибридного автомобиля с последовательной схемой взаимодействия Chevrolet Volt

Если говорить о самом подходящем варианте движения автомобиля с последовательной схемой взаимодействия, то это городской трафик с частыми остановками, когда постоянно в работу включается система рекуперации энергии.

Параллельная схема взаимодействия

Такое название эта схема получила потому что, двигатели авто работают постоянно вместе. Принцип работы данного типа взаимодействия двух модулей происходит за счет электроники авто, электродвигателя и ДВС. Оба двигателя соединены с коробкой передач по средствам планетарной передачи.


Чисто на электрической энергии такие гибриды способны ехать не продолжительное время, при этом ДВС отключается от трансмиссии сцеплением.

Блок управления распределяет крутящий момент от обоих двигателей в зависимости от режима движения автомобиля. Двигателю внутреннего сгорания отведена более важная роль, а электродвигатель запускается при необходимости дополнительной тяги, например, когда авто резко ускоряется. При торможении или плавном движении электромотор работает как генератор электроэнергии.

Электромотор внедрен в коробку передач BMW 530E iPerformance

Существуют модификации с электродвигателем отдельно от ДВС, они представляют собой сложную систему, но в тоже время эффективную. Этот модуль состоит из двух электромоторов, тягового соединенного через планетарную передачу со вторым, который служит генератором и стартером.

В такой схеме ДВС не связан напрямую с колесами, что позволяет постоянно передавать часть момента генератору и подзаряжать батарею.

Силовая установка параллельного гибрида с независимыми электромоторами

Положительные стороны параллельной схемы:

Так как основная работа отведена ДВС, то не возникает необходимости в установке мощной высоковольтной батареи. Двигатель внутреннего сгорания напрямую связан с ведущими колесами, поэтому потери энергии значительно меньше.

Отрицательные стороны параллельной схемы:

Самый главный минус данной схемы – это больший расход топлива в сравнении с другими схемами взаимодействия двигателей. Получается, что сэкономить на городском трафике не получится, наиболее удачным вариантом будет движение по трассе.

Последовательно-параллельная схема взаимодействия

Уже само название этой схемы указывает на то, что данный тип – это вариант совмещения двух ранее рассмотренных схем: последовательной и параллельной. Движение автомобиля на низкой скорости и его старт с места осуществляется только за счет силы электрической части.  ДВС поддерживает работу генератора авто, как при последовательной схеме взаимодействия. Передача крутящего момента от ДВС на колеса происходит при движении на большой скорости.

При высоких нагрузках, требующих повышенной мощности, генератор автомобиля может не выдать нужное количество энергии, и в таком случае электродвигатель питается дополнительно от аккумулятора, как при параллельной схеме взаимодействия.

В данной схеме предусмотрен дополнительный генератор, он подзаряжает АКБ. Электродвигатель необходим только для привода ведущих колес и для обеспечения рекуперативного торможения.

Часть крутящего момента, переходящая от двигателя внутреннего сгорания, уходит на ведущие колеса, а некоторая его часть – для работы генератора, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает АКБ.

За направление крутящего момента на колеса, генератор или электродвигатель и его соотношении отвечает планетарный механизм – распределитель мощности. Регулировкой подачи мощности из генератора и батареи занимается электронный блок управления автомобиля.

Также эта технология применяется и на гибридных полноприводных авто. На передней оси установлен ДВС с электродвигателем по параллельной схеме, а на задней только электродвигатель имеющий связь с ДВС по последовательной схеме.

Полноприводный гибрид от компании Mitsubishi

Положительные стороны последовательно-параллельной схемы:

Не сложно догадаться, что неоспоримым плюсом данной схемы гибрида является его большая экономичность топлива в сочетании с хорошими мощностными характеристиками. Ценители природы оценят ее экологичность.

Отрицательные стороны последовательно-параллельной схемы:

Среди отрицательного – это более сложная конструкция по сравнению с предыдущими схемами, и как следствие, большая цена. Поскольку необходим дополнительный генератор, емкая АКБ и сложная электронная схема управления.

Заключение

Мы рассмотрели все типы гибридов и схемы их взаимодействия, но в целом существует множество видов, которые сложно отнести к одной из них, поскольку с течением времени технологии все больше смешиваются и дорабатываются.

На одних используют гидромуфты с редуктором вместо планетарной передачи, на других экспериментируют с задним расположением ДВС или вообще разносят по двум осям ДВС и электродвигатель. Конструкторы не останавливаются на достигнутом и все больше развивают это направление.

Особенности гибридных автомобилей

Подключаемые гибриды — главный автомобильный тренд последних лет. На рынке их уже немало, причём подзаряжаемым может быть гибрид любой конструкции: и последовательный, и параллельный, и гибрид смешанного типа — тяговая батарея ведь есть у всех. Примеры: Toyota Prius PHV и Prius Prime, Mitsubishi Outlander PHEV, Ford Fusion Energi, Hyundai Ioniq, Chevrolet Volt, Volvo V60, Audi e-tron, Chrysler Pacifica, Range Rover PHEV и другие. Даже китайские автопроизводители уже делают свои версии Plug-in-гибридов. Дело не только в экономии топлива и экологичности: производителям машин важно быть в авангарде современных технологий.

В будущем PHEV-гибриды, как и электрокары, избавятся от зарядных проводов. Уже сейчас есть мелкосерийные автомобили, способные заряжать батарею силовой установки на специальных индукционных парковочных местах, по аналогии с беспроводной зарядкой смартфонов. Вот только инфраструктура городов пока не поспевает за прогрессом транспорта.

Умеренный «мягкий» гибрид (Mild Hybrid)

Наверняка вы встречали автомобили в комплектации Mild Hybrid — в народе их нарекли мягким гибридом, хотя правильнее назвать такую силовую установку «умеренным гибридом». Что же такое Mild Hybrid, и насколько он «мягок»?

Mild Hybrid — это «зародыш» гибрида: стандартный автомобиль, озеленённый энергосберегающими технологиями. За красивым гибридным термином скрывается знакомая многим система «Старт-стоп», глушащая двигатель во время остановок, но чуть более продвинутая. ДВС Mild-гибрида снабжен специальным мотор-генератором; во время движения он работает как стандартный генератор, вырабатывая ток. Когда машина останавливается и система Start-Stop глушит двигатель, мотор-генератор вступает в дело, обеспечивая работу всех систем автомобиля: электрики, отопителя, кондиционера… Водитель даже не замечает, что двигатель заглушен. При нажатии на газ двигатель моментально заводится непосредственно от мотор-генератора и автомобиль трогается.

Всё о гибридах: как они устроены и какими бывают

Ответить на вопрос об устройстве современного гибрида одновременно и просто, и сложно. В общем понимании, это автомобиль, силовая установка которого состоит из электромотора и двигателя внутреннего сгорания, которые так или иначе совместными усилиями вращают колёса. Этого достаточно, чтобы объяснить любому непосвящённому, что значит загадочное слово Hybrid на кузове обычной с виду машины. Но стоит копнуть глубже — и голова идёт кругом от того, какое количество технических решений и вариантов компоновок наворотили создатели современных гибридов! Запутаться в обилии терминов и инженерных решений проще простого, но в нашем материале мы разобрались, какими вообще бывают гибриды и как они все устроены. Первый критерий, по которому можно разделить все гибридные автомобили, — насколько развита их способность двигаться на электротяге.

Микрогибриды — простейшая форма гибридной жизни

Самая примитивная форма гибридизации — это продвинутая версия системы «старт-стоп». Здесь никакие электромоторы не толкают автомобиль вперёд, и гибридной такая технология является достаточно условно, поэтому сразу выделим микрогибриды в особую категорию вне всяких классификаций. В таких автомобилях специальный мощный стартер способен не только раскручивать двигатель для запуска, но и работать как генератор при рекуперативном торможении. Собираем «бесплатное» электричество — экономим на паразитной нагрузке ДВС (у которого нет необходимости вырабатывать бортовое электричество в дополнение к основным тяговым обязанностям), а значит и расходе топлива. Подобранная буквально с дороги и сохранённая в усиленной батарее и/или специальном накопителе электроэнергия идёт потом на перезапуск двигателя внутреннего сгорания при работе системы «старт-стоп», питание климатической установки, электроприводов, светотехники и других бортовых устройств, а сэкономленное на этом топливо — на дополнительные километры пробега. Подобные технологии используют многие производители: это i-ELOOP от Mazda, e-HDI от Peugeot, Blue Drive от Hyundai и другие.

Производители заявляют, что микрогибридная технология позволяет экономить до 10-15% топлива

Высшая степень электрификации: гибриды типа plug-in

Но настоящие, полноценные гибриды всё-таки способны на большее, как с точки зрения экономии топлива, так и в плане тяговых возможностей. Всё потому, что их электродвигатели не только собирают электроэнергию в роли генераторов для зарядки батарей, но и вращают колёса совместно с двигателем внутреннего сгорания. Только делают это по-разному. Самые совершенные конструкции обеспечивают возможность двигаться как с помощью совместных усилий ДВС и электромотора, так и на чистой электротяге, причём достаточно продолжительное время. Для этого их батарея имеет увеличенный объём, электромотор — высокую мощность (70-100 л.с. и выше), а наряду с лючком бензобака в кузове имеется и порт для подключения электрического шнура для зарядки от обычной розетки. Это решение получило общераспространённое обозначение plug-in (плаг-ин) и по своей сути представляет собой промежуточное звено между традиционными автомобилями и электрическими.

Рекуперация — одна из основ всех гибридных технологий и обязательный (но не всегда единственный) способ зарядки батарей любого гибрида. Она представляет собой преобразование кинетической энергии в электрическую (вместо тепловой в обычных автомобилях) и запасание последней в тяговой батарее. Этот процесс становится возможным тогда, когда машина движется накатом или замедляется, и колёса раскручивают электродвигатель-генератор, который вследствие этого вырабатывает электричество. Это видео компании Bosch наглядно поясняет, как происходит процесс рекуперации

Всё потому, что благодаря в разы более объёмной, чем у обычных гибридов, батарее «плагины» могут преодолевать на электротяге без единой вспышки в цилиндрах ДВС до 50 километров. Это вполне приличная по городским меркам дистанция, безвредно для окружающей среды повторять которую можно снова и снова при условии регулярной «дозаправки» батарей из розетки. Но усреднённый показатель с учётом условий движения и разницы в технических характеристиках — около 25-30 км. Что тоже, впрочем, немало. Ведь способность полноценно передвигаться на электричестве в коротких городских поездках является серьёзным конкурентным преимуществом перед другими, более простыми гибридами, которые едва ли доедут на электротяге до следующего светофора!

Так как «плагины» изначально рассчитаны на полноценное передвижение на электротяге, водить их совсем не скучно: в электрорежиме динамика умеренно-достаточная, но когда электромотор помогает ДВС разгоняться при нажатом в пол акселераторе, то прибавка в мощности чувствуется очень здорово! Наш тест Porsche Panamera S E-Hybrid подробно об этом рассказывает

Меньшая степень электрификации: полные и умеренные гибриды

Гибридные автомобили, которые не умеют заряжаться от розетки, также делятся на подвиды: это полные и так называемые умеренные (mild в англоязычных источниках). Первые благодаря большему объёму батарей, большей мощности электромотора способны двигаться исключительно на электротяге обычно в пределах 2-4 километров, а вторые используют слабенький электромотор только в качестве помощника для ДВС и «на батарейках» (ввиду их скромного объёма и общей примитивной конструкции системы) не способны проехать и метра. При этом умеренные гибриды запасают энергию только посредством рекуперативного торможения, а полные ещё и с помощью двигателя внутреннего сгорания, соединённого, как правило, с отдельным генератором.

Типичный представитель класса умеренных гибридов — Honda Civic Hybrid, CR-Z и все остальные «Хонды», использующие фирменную технологию IMA (Integrated Motor Assist). Умеренными гибридами также являются американцы Buick LaCrosse, Chevrolet Malibu и Impala, BMW ActiveHybrid 7. А ещё умеренным гибридом является... гиперкар Ferrari LaFerrari! Ему ни к чему чистая электрическая тяга, а вот дополнительная мощность в 163 л.с. в дополнение к бензиновым 800 будет очень кстати!

Идеологически умеренные гибриды ближе к классу микрогибридов и часто понимаются как единое целое. Хотя различие между ними всё же есть: в отличие от умеренных, микрогибриды неспособны поддержать бензиновый двигатель своей тягой. Полные же гибриды концептуально стремятся к классу «плагинов» и кратковременно способны произвести на неподготовленного человека примерно такое же впечатление — могут ведь ехать бесшумно! Однако реальное использование чётко обозначает пропасть между потребительскими качествами первых и вторых, если, конечно, использовать преимущество зарядки от розетки гибрида типа plug-in.

Все гибриды также делятся на подвиды в зависимости от того, какой двигатель непосредственно вращает колёса. Здесь мы переходим ко второму основному критерию классификации гибридных машин — принципиальной схеме, от которой зависит и компоновка.

Умеренные гибриды ещё и едут более чем умеренно, так как электродвигатели там применяются слабые (10-20 кВт), максимальный запас электроэнергии ничтожен, а масса выше, чем у негибридных версий той же модели. Впрочем, то же самое, только в чуть меньшей степени, можно сказать и про большинство полных гибридов. Взять хотя бы наши впечатления от теста гибридного Nissan Pathfinder нового поколения

Схема: последовательные гибриды

В случае, когда двигатель внутреннего сгорания в принципе не вращает колёса механическим способом, гибрид представляет собой по сути электромобиль с бортовым генератором электричества, роль которого и исполняет ДВС. Такие гибриды принято именовать последовательными. Эта схема отличается простотой, так как нет необходимости сооружать сложную трансмиссию — электромоторы вращают колёса через единственную главную передачу, которая служит для формирования нужного крутящего момента. Но класс последовательных гибридов сегодня представлен единичными моделями, так как эффективность подобного решения неоднозначна. Ведь энергию сгорания топлива приходится преобразовывать сначала в механическую, потом механическую в электрическую, а в конце электрическую — в работу непосредственно на колёсах.

80-километровый пробег Вольту обеспечивает гигантская даже по меркам plug-in гибридов батарея ёмкостью 18,4 кВт∙ч — вдвое больше, чем у той же «Панамеры». Это говорит о том, что Volt ориентирован прежде всего на полноценное электрическое вождение. Для чего тяговый электромотор, обладающий мощностью 149 л.с. и тягой 398 Н∙м (для сравнения: крутящий момент Subaru WRX STI — 407 Н∙м), обеспечивает динамику 0-100 км/ч на уровне 8,5 секунды

Поэтому функционирующий по такой схеме гибрид должен обязательно иметь хорошо развитые электрические способности. Ярким представителем этого класса электромобилей-гибридов был более не выпускаемый седан Fisker Karma, а из современников упомянем, прежде всего, Chevrolet Volt и BMW i3. Volt способен проезжать на электротяге 80 километров (благодаря тому, что он относится к категории подзаряжаемых гибридов plug-in), а если систему будет подпитывать генерирующий электричество 1,5-литровый ДВС, то непрерывный пробег увеличится до 676 км. Для электромобиля BMW i3 бензиновый двигатель — вообще опция, с которой чисто электрический запас хода в 160 км превращается в гибридный 300-километровый.

В батареях в настоящее время чаще всего используются литиево-ионные и никель-металлгидридные модули, состоящие из множества ячеек. Основные производители — Samsung, Panasonic, Continental. Обычно в конструкции гибрида используются две батареи — тяговая с высоким напряжением и обычный 12-вольтовый аккумулятор для бортового оборудования

Схема: параллельные гибриды с электромотором между ДВС и коробкой передач

Но если вышеупомянутая схема по своей сути ближе к электромобилю, то такие автомобили, как Porsche Panamera S E-Hybrid и Cayenne S E-Hybrid, Volkswagen Golf GTE и Passat GTE, Mercedes-Benz S 500 e и С 350 e, BMW X5 xDrive40e и другие сочетают в себе привычные нам свойства бензиновых машин и способность проехать получасовой маршрут на электричестве. Для того, чтобы сохранить все «бензиновые» преимущества, мощные моторы таких машин имеют жёсткую связь с колёсами. Электродвигатель не нарушает привычную компоновку этих моделей, потому как встроен в коробку передач, и при необходимости мощности ДВС и электромотора суммируются. Эта схема называется параллельной, так как моторы обоих типов работают одновременно. В зависимости от выбранного водителем режима, бензиновый мотор может либо вращать колёса совместно с электродвигателем, либо последний будет работать в качестве генератора и запасать электричество в батарее на будущее. Чисто электрический режим реализован посредством сцепления между трансмиссией и ДВС: если оно разомкнуто, то электромотор вращает колёса в одиночку.

На этих изображениях видно, как компактно электромотор интегрирован в коробку передач гибрида Volkswagen Golf GTE (читайте  наш тест этого горячего бензоэлектрического хэтчбека) — в сравнении с обычной бензиновой или дизельной версией компоновка принципиально не изменилась. Дополнительное место заняла лишь батарея в задней части кузова, проводка и управляющая электроника. Большинство европейских производителей создают свои самые свежие plug-in гибриды именно по такой схеме

Схема: параллельные гибриды с электромотором отдельно от ДВС и коробки передач

Отдельно стоит достаточно обширная и одновременно разношёрстная группа гибридных автомобилей, у которых один или несколько электромоторов не сблокированы с коробкой передач и двигателем, а вынесены на периферию. Первопроходцем в таких решениях стала компания Toyota со своей технологией HSD (Hybrid Synergy Drive), которая лежит в основе подавляющего большинства бензиново-электрических Toyota и Lexus. Это очень сложная и достаточно эффективная конструкция: помимо батареи и обслуживающей систему электрики, она состоит из двигателя внутреннего сгорания и двух электромоторов, объединённых посредством планетарной передачи. Планетарная передача — это механическая конструкция из нескольких шестерён и осей, которая объединяет, разделяет и преобразует крутящий момент от нескольких источников.

Справа к ДВС пристыкован трансмиссионный модуль с двумя электродвигателями. Крайний справа — тяговый электромотор, левее находится планетарная передача, а между ней и бензиновым двигателем — мотор-генератор, он же стартер

Один из электромоторов системы служит стартером и генератором, а второй является тяговым и рекуперирующим электричество при замедлении. Благодаря особенностям планетарного механизма, ДВС не связан напрямую с колёсами, и часть его энергии всегда отдаётся на вращение заряжающего батареи и питающего тяговый электродвигатель генератора. Для подробного разбора устройства гибридной установки Toyota потребуется отдельный большой материал, а в рамках этого общего нужно понимать главное: традиционная трансмиссия здесь заменяется планетарной передачей и контролирующей силовые модули (ДВС и два электромотора-генератора) электроникой — в зависимости от потребностей водителя, тяговый электромотор выдаёт определённую мощность отдельно или совместно с двигателем внутреннего сгорания, а избыточная тяга последнего средствами планетарного механизма идёт на вращение второго мотора-генератора и, соответственно, зарядку основной батареи.

Это видео схематично объясняет как работает гибридный привод «Тойот» и «Лексусов». Принцип един для всех моделей, хотя у них и отличаются двигатели (это может быть как работающая по циклу Аткинсона «четвёрка» под капотом Prius, так и мощный V6 в Lexus GS) и объёмы, и типы батарей (в среднем 1,3 — 1,9 кВт∙ч). Для реализации полноприводной схемы (например, Lexus RX 450h или NX 300h) в задней оси добавляется ещё один электромотор, тяга которого синхронизируется с тягой передней силовой установки с помощью компьютера

Однако не одна только Toyota решилась на инженерные извращения в области гибридов. Несколько более простую схему разнесённых ДВС и электромоторов используют Volvo и Peugeot для создания гибридных полноприводников. Идея проста и одновременно красива: переднюю ось пусть приводит турбодизель (ещё одно экзотическое решение в мире питающихся обычно бензином гибридов), а заднюю — электродвигатель. При необходимости (или по принуждению водителя) включения полного привода гибрид начинает работать как последовательно-параллельный: ДВС одновременно вращает через обычную автоматическую коробку передач переднюю ось и питает через генератор электромотор, который крутит колёса задней оси. В чистом же электрорежиме автомобиль является заднеприводным. Volvo V60 Plug-In Hybrid ещё и оказалась самой дальнобойной в электрическом плане за всю историю наших тестов гибридов — за счёт ёмкой батареи и хорошо отлаженных алгоритмов универсал покрыл на электротяге 46 километров! Подробнее о наших впечатлениях от вождения гибридов такого типа читайте в материалах Марафонец и Камень судьбы про Volvo и Peugeot соответственно.

Так устроен гибридный привод Peugeot 3008 RXH с тягой раздельного типа на каждой из осей

  • Мотор-генератор, объединённый с главной передачей и дифференциалом 
  • Тяговая никель-металлогидридная батарея SANYO  
  • Блок PTMU (Power Train Management Unit), объединяющий конвертор и инвертор. Охлаждение силовой электроники и батареи воздушное, осуществляется при помощи вентиляторов 
  • Стартер-генератор 
  • Шестиступенчатая роботизированная коробка передач BMP6 с однодисковым сцеплением 
  • Дизельный мотор 2.0 HDi 
  • Задняя многорычажная подвеска, собранная на стальном подрамнике 
  • Передняя подвеска «МакФерсон»
  • Нечто подобное, только наоборот, изобрели в BMW, когда проектировали футуристичный суперкар i8. У него бензиновая установка с автоматической коробкой передач и электромотором-генератором находится сзади, а тяговый электродвигатель — на передней оси. Система работает таким образом, что гибридное купе может быть либо переднеприводно-электрическим, либо полноприводно-гибридным. Переход на задний привод невозможен по той причине, что в случае опустошения батареи ДВС, по задумке инженеров, начинает работать одновременно в режиме вращения колёс задней оси и питания переднего электродвигателя через второй мотор-генератор — это всё та же последовательно-параллельная схема. Интересной особенностью BMW i8 является то, что передний электродвигатель вращает «ось» через двухступенчатую коробку передач, что позволяет достигать на одной только электрической тяге скорости 120 км/ч. Ощущения от вождения i8 — в материале Вадима Гагарина Ла Белла!

    Аналогично полноприводникам Toyota и Lexus устроена и трансмиссия гибридного Mitsubishi Outlander. Принципиальная разница в том, что вместо планетарной передачи на передней оси установлена односкоростная трансмиссия GKN с редуктором, который с помощью гидромуфты подключает ДВС к вращению передних колёс, когда это необходимо и возможно — в основном, на высоких скоростях при езде по трассе. В остальное же время кроссовер приводят в движение передний и задний электродвигатели, питаясь от объёмной тяговой батареи. Когда её запас иссякает, то в дело вступает ДВС в паре с генератором. Пётр Баканов рассказал об этих сложных процессах народным языком в видеосюжете Старый знакомый

    Так что же лучше?

    Гибридное будущее однозначно за конструкциями типа plug-in, потому что именно они дают реальную экономию топлива. К тому же, большинство «плагинов» — это два автомобиля в одном: бесшумный и плавный электрический плюс бензиновый со взрывной динамикой, которую обеспечивает увесистый электрический «буст». Однако для полноценного использования такого автомобиля владелец должен иметь возможность обеспечить его зарядной инфраструктурой. В противном случае проще остановиться на обычном полном гибриде, не имеющем функционала подключения к розетке — пусть его пробег на электричестве и ничтожен в сравнении с «плагинами», но и весит вся конструкция меньше, и стоит дешевле. Смысл в вымирающих умеренных гибридах, которые неспособны двигаться без участия ДВС, практически отсутствует — эффект от применения электротяги здесь едва ли оправдывает лишнюю массу и более высокую стоимость в сравнении с негибридными версиями. Есть будущее и у микрогибридов: отношение затр

    дорога в будущее или взгляд назад / Цифровой автомобиль

    ⇡#Классификация и определение гибридов

    Мы уже разобрались с историей появления гибридных автомобилей, рассмотрели первые массовые модели и вплотную подошли к изучению современных предложений, однако так и не дали точного определения гибрида. Само слово «гибрид» было введено задолго до появления соответствующих транспортных средств. Определение происходит от латинского «hibrida», что означает «помесь». Этот перевод как нельзя точно передает суть гибрида. Раньше (впрочем, как и сегодня) так называли животных и растения, которые произошли от скрещивания разных пород и видов. При переходе к автомобильной тематике сущность почти не меняется. Гибрид – транспортное средство, которое имеет силовую установку смешанного типа. Зачастую под гибридным двигателем подразумевается интеграция ДВС и электромотора, однако это можно считать лишь частным случаем. Чем Honda FCX Clarity не гибрид? В этом автомобиле нет двигателя внутреннего сгорания, зато в наличии водородный и электрический двигатели. Таким образом, под гибридом можно подразумевать любое транспортное средство, в котором производить энергию могут как минимум два раздельных устройства, причем энергия эта может быть использована для приведения транспортного средства в движение. Поправка в конце обязательна, иначе гибридом становится любой современный автомобиль, ведь в каждом есть электрический генератор.

    Теперь о классификации. Первая напрашивается сама - по типу силовой установки. Мы уже определили, что работать в паре с электромотором может не только ДВС. Когда-то это были паровые двигатели, сегодня можно встретить водородные. Даже велосипед с электромотором – гибрид, роль запасного источника энергии выполняет мускульная сила человека.

    Второй принципиальный признак, позволяющий разделить гибридные транспортные средства по категориям, это тип взаимодействия двигателей. Сегодня различают последовательное, параллельное и последовательно-параллельное (смешанное) подключение. Аналогия с электротехникой и соединением проводников. Этот параметр является одним из важнейших в устройстве гибрида, от него зависят возможности и сам принцип функционирования, поэтому рассмотрим его достаточно подробно.

    ⇡#Параллельные гибриды

    Гибридные автомобили с параллельным включением ДВС и электромотора имеют механическую связь между трансмиссией и обоими типами двигателей. Зачастую электромотор в таких автомобилях располагают непосредственно на коленчатом валу ДВС, хотя он может быть подключен к единой трансмиссии отдельным сцеплением или муфтой. В результате основной функционал возложен именно на двигатель внутреннего сгорания. Электромотор может включиться в работу, в этом случае мощность агрегатов будет суммироваться. Зарядка аккумуляторных батарей возможна как от ДВС, так и в рекуперативном режиме. Роль генератора выполняет электромотор, он же зачастую заменяет стартер. Основной плюс гибридов с параллельным включением – экономичность.

    Недостатки параллельного включения вытекают прямо из его особенностей. Если электромотор расположен на коленчатом валу, то без использования ДВС автомобиль не сможет поехать. То есть о передвижении в режиме электрокара речи идти не может. Плюс к этому даже если функционирование электромотора не требуется, его ротор будет вращаться. Исключение – автомобили с интегрированным дополнительным сцеплением. Для совмещения крутящего момента от двух источников в этом случае используется дифференциал.

    Красноречивым примером параллельного гибрида может служить Honda Insight. С момента появления в 1999 году внешний вид автомобиля значительно изменился, внесены и инженерные нововведения, но схема функционирования осталась неизменной.

    ⇡#Последовательные гибриды

    Последовательные гибриды располагаются несколько ближе к электрокарам, хотя без двигателя внутреннего сгорания они тоже далеко не уедут. В отличие от параллельного включения ДВС и электромотора, рассмотренного нами выше, в данной связке бензиновый двигатель не имеет какой-либо связи с колесами. Функционал очень близок к электрокару, ведь именно электромотор приводит автомобиль в движение. Двигатель внутреннего сгорания в данном случае лишь заряжает аккумуляторные батареи. В итоге последовательные гибриды сохранили черты как электрокаров, так и автомобилей с ДВС: они по-прежнему могут преодолевать большие расстояния, процесс заправки прост и быстр, но экономия топлива в городских пробках и рекуперативное торможение значительно повышают эффективность. Существенный недостаток параллельных гибридов – мощность электромотора и ДВС невозможно сложить, а в случае полной разрядки аккумуляторных батарей продолжать поездку некоторое время нельзя: требуется время для зарядки.

    В скором времени начнется производство активно продвигаемого Chevrolet Volt. Это последовательный гибрид в чистом виде. Приживется ли такой тип автомобилей в США – большой вопрос.

    Довольно значительно от последовательного и параллельного включения двигателей отличается устройство самого популярного гибридного автомобиля – Toyota Prius. Тут нет механической и автоматической КПП, не найти и вариаторную трансмиссию. Передачу крутящего момента осуществляет планетарная передача. Японцы не изобрели эту конструкцию, она уже давно применяется в различных сферах индустрии. В том числе автомобильной, ведь гидротрансформаторные АКПП имеют в наличии планетарную передачу. Заслуга инженеров Toyota в том, что именно они использовали этот механизм в подобном применении, не в составе конструкции, а в качестве полноценной трансмиссии. Теперь выясним, как функционирует данный агрегат.

    Планетарная передача – набор связанных шестерней. По центру расположена солнечная шестерня. Она сцеплена с четырьмя сателлитами, которые находятся в фиксированном друг относительно друга положении. Связующим элементом выступает водило. Зубья самой большой кольцевой шестерни связаны с сателлитами. Конструкция довольно проста механически, однако ее устройство предоставляет огромные возможности по передаче и суммированию крутящего момента.

    Относительно конкретного применения планетарной передачи в Toyota Prius можно рассуждать долго. Вариантов функционирования уникальной трансмиссии немало, подробный обзор заслуживает отдельного материала, поэтому вкратце обозначим лишь основные возможности. Каждый элемент планетарной передачи соединен с отдельным устройством: водило с ДВС, солнечная шестерня с первым электромотором, а кольцевая шестерня – со вторым. Именно кольцевая шестерня через редуктор связана с колесами. В результате становится возможным очень гибкое соединение и универсальное разделение между ДВС и электродвигателями, при этом Prius может выполнять функции как параллельного, так и последовательного гибрида. Японцы смогли интегрировать все возможные режимы в компактном устройстве. В зависимости от требования Toyota Prius может ехать только на элекротяге, только за счет ДВС, использовать оба мотора одновременно, разделять крутящий момент ДВС между колесами и генератором… Всё вместе японцы называют Hybrid Synergy Drive, а саму планетарную передачу – Power Split Device, устройство по распределению энергии.

    ⇡#Смешанный тип подключения

    В последнее время стали появляться гибридные автомобили, которые трудно отнести к какому-либо из описанных видов. В чем основная разница между параллельными и последовательными гибридами? Очевидно, в разграничении прав двух двигателей. А если подобная процедура не требуется? Можно, например, привязать ДВС к передней оси автомобиля, а электромотор посадить на заднюю. В итоге каждый агрегат получает практически полную независимость, необходимо только немного скоординировать действия каждого мотора. Такой вариант довольно прост и дешев: не требуется распределяющее устройство или специфическая трансмиссия. Любой автомобиль можно сделать таким гибридом, требуется лишь установить дополнительное оборудование на заднюю ось (если он переднеприводный с передним расположением ДВС) и связать все компоненты с электронным мозгом.

    К недостаткам подобных гибридов можно отнести невозможность зарядки аккумуляторных батарей от ДВС. Только рекуперативная система торможения или подключение к розетке. К представителям нового вида гибридных автомобилей относится Peugeot 3008 HYbrid4, который анонсировали совсем недавно.

    ⇡#Классификация по типу батарей

    Разграничить гибридные автомобили можно и по третьему признаку – типу емкостных батарей. В зависимости от используемых в аноде, катоде и электролите химических элементов изменяются и показатели аккумуляторов. В настоящее время в серийных гибридах можно обнаружить никель-металл-гидридные, литий-металл-фосфатные, литий-полимерные и литий-ионные батареи. Наибольшее распространение, безусловно, получил последний тип. Сегодня основной целью производителей аккумуляторов является повышение удельной емкости (емкости на единицу массы). Однозначного фаворита в этой группе определить сложно, каждый из химических источников тока еще далек от своих теоретических пределов. Определенно, именно от возможностей аккумуляторов во многом зависят способности гибридных автомобилей. Но значительное повышение эффективности аккумуляторов может сделать электрокары приоритетным видом транспорта, а тогда целесообразность гибридных автомобилей ставится под вопрос.

    ⇡#Выбор гибрида

    Уже столько сказано про историю развития гибридных автомобилей и их устройство, но вопрос покупки подобного транспортного средства остается открытым. Выгодны ли гибриды? Удобны ли они в эксплуатации? Какие трудности ждут владельца гибридного автомобиля? И главное: какой гибрид выбрать? В августе в рамках еженедельного обзора новых технологий автомобильной промышленности мы рассмотрели отчет британской автомобильной ассоциации British Columbia Automobile Association, в котором специалисты скрупулезно подсчитали экономический эффект от покупки автомобиля с двумя типами двигателей. Результат обескураживающий: из 16 рассмотренных моделей лишь одна вышла в плюс в сравнении с ближайшим бензиновым аналогом. Почему получилось так, что автомобили с меньшим расходом топлива бьют по кошельку сильнее? Несмотря на неутихающие споры в обществе автомобилистов, гибрид по определению технически сложнее аналогичного автомобиля с единственным бензиновым ДВС. И хотя электромотор устроен довольно просто, он все же требует периодической проверки и планового технического обслуживания. В результате регулярный осмотр в официальном сервисе заметно облегчит кошелек. К тому же век емкостных батарей недолог - в зависимости от устройства и условий эксплуатации их срок жизни может длиться от нескольких лет до десятилетия. Замена аккумуляторов – процедура не из дешевых. Вот и получается в итоге: экономишь на одном, тратишь на другом. Покупать гибрид с прицелом на экономию нельзя.

    Кто определенно будет доволен покупкой автомобиля со смешанным силовым агрегатом, так это любители высоких технологий. Короткие пробежки на электродвигателе (доступно не для всех гибридов), обилие информационных дисплеев, бесшумное перемещение в пробке. Все это, безусловно, доставит удовольствие техноманьяку. Что еще более приятно, так это удивление друзей, коллег и просто соседей по потоку - восхищенные взгляды окружающих дорогого стоят.

    Вы еще не передумали приобретать гибрид? Тогда вам может пригодиться следующая таблица, в которую мы включили основные данные о 25 гибридных моделях: стоимость, форм-фактор, расход топлива. Дополнительно отмечено время разгона с 0 до 100 км/ч, эта цифра обязательна для понимания технических способностей автомобиля.

    Полностью доверять цифрам нельзя: не всегда производитель заявляет полные официальные спецификации, а условия тестов могут отличаться. В целом, если отбросить невероятные характеристики самого экономичного, самого дорогого и в то же время самого быстрого Porsche 918 Spyder Hybrid, который еще не поступил в продажу, собранные данные вполне справедливы. Желающим максимально сэкономить можно порекомендовать Toyota Prius и Honda Insight: основатели рынка все еще смотрятся довольно привлекательно. Выбирать гибридные внедорожники Cadillac Escalade или Chevrolet Tahoe можно только ввиду комплектации, вряд ли электромотор существенно повлияет на расход топлива огромных монстров. В целом же лучше вообще не разделять рынок на автомобили с ДВС и гибридные, а рассматривать все предложения, анализируя новые технические возможности лишь в качестве бонуса. Наверняка через 10-15 лет именно так и будет, большинство моделей станут гибридными, а возможность ехать некоторое время на электрической тяге станет обыденной функцией.

    В заключение приведем статистику продаж. С момента появления первых современных серийных гибридных автомобилей в 1997 году и по сей день двумя основными рынками для этих транспортных средств остаются Япония и США: на их долю приходится более 90% от общего тиража. Но даже в этих странах относительный объем продаж гибридов очень мал: в июле в США гибриды составили 2,27% от общего рынка легковых автомобилей. Перейдем к конкретным цифрам.

    Статистика продаж гибридных автомобилей довольно пессимистична: снижение объема практически по всем моделям. Наиболее удачным для этого сегмента рынка годом стал 2007, с тех пор продолжается планомерное уменьшение спроса. Котировки нефти на мировых торговых биржах давно отступили от максимальных значений, следовательно, можно не экономить сжигаемое топливо. Свою роль сыграл и мировой финансовый кризис.

    Вместе с тем из статданных становится очевиден безоговорочный лидер рынка гибридов – Toyota Pruis. Не зря японцы инвестировали в будущее.

    Несмотря на всю неоднозначность использования гибридного привода в современных автомобилях, уже в ближайшем будущем мы увидим дальнейшее развитие этой технологии. Возможно, гибрид придет и в ваш дом.

    Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

    дорога в будущее или взгляд назад / Цифровой автомобиль

    ⇡#Определение гибрида

    Найти человека, который никогда не слышал о гибридных автомобилях, довольно непросто. Несмотря на относительно малое распространение, этот тип транспортных средств нередко является предметом обсуждений и споров. Отчего к гибридам столь пристальное внимание? На протяжении всего XX века сжигаемые виды топлива были настоящим двигателем прогресса, невозможно представить современное человечество без ДВС. И вдруг оказывается, что гибриды более эффективны, современны, экологичны. Не слишком ли резкий поворот? Но далеко не все столь однозначно и неоспоримо. Как и любое нововведение, гибридные автомобили заслуживают самого пристального изучения. Попытаемся выяснить, займут ли гибриды достойное место в нашей жизни. Как этого требует любая серьезная дисциплина, начнем изучение с истории.

    ⇡#Гибридное прошлое

    Сегодня автомобили с гибридным приводом воспринимаются нами как нечто крайне современное и жутко технологичное. Высокие технологии, не иначе. По-другому и быть не может - весь прошлый век повсеместно властвовали двигатели внутреннего сгорания, да и сегодня без них не обойтись. Однако на заре автомобилестроения, в начале XX века, перспективы ДВС были не столь однозначны: экипажи на электрической тяге вполне могли составить им конкуренцию. Как современным электрокарам, для дальних поездок таким повозкам не хватало заряда энергетических накопителей. Гений научной мысли того времени решил интегрировать два вида тяги в одном транспортном средстве: бензиновую и электрическую. Определить первого создателя гибридного автомобиля сегодня довольно проблематично. Попробуем опереться на официальные документы.

    Первый патент на автомобиль с гибридной силовой установкой был зарегистрирован в США 2 марта 1909 года. Бельгиец немецкого происхождения Генри Пипер был оружейником, однако увлекался точными науками и немало времени уделял техническим изобретениям. Однажды Генри Пипер пришел к идее совмещения двух двигателей в одном автомобиле. Первые опыты были проделаны еще в XIX веке, а работающий прототип продемонстрирован публике в 1900 году. Алгоритм работы сложного транспортного средства следующий: двигатель внутреннего сгорания был подключен к динамо-машине (генератору), которая имела связь с аккумуляторными батареями. Динамо-машина могла работать в обе стороны: заряжать аккумуляторы от ДВС и добавлять тягу во время тяжелого подъема. Сам Генри Пипер называл свое изобретение «Mixed Drive for Autovehicles» – «Автомобиль со смешанным приводом». Заявка на патент была подана 23 ноября 1905 года, однако официальное подтверждение было получено лишь в 1909 году.

    Юридически изобретение гибридного автомобиля принадлежит Генри Пиперу. Де-факто создателем первого транспортного средства с бензино-электрической тягой может быть другой изобретатель, легендарный Фердинанд Порше. В 1898 году 23-летний гений инженерной мысли создал свой дебютный автомобиль – Lohner Electric Chaise. Это была первая в мире машине с передним приводом, к тому же работающая только на электричестве. Конструкция поражает и сегодня: встроенные в колеса четыре электромотора имели мощность от 2,5 до 3,5 лошадиных сил, а в пике могли выдавать до 7. Никакого сцепления, никакой трансмиссии, никаких потерь мощности и крутящего момента. О создании подобных машин современные производители могут только мечтать. Фердинанд Порше отвечал за инженерную часть работы, кузовом занималось ателье Якоба Лонера.

    После показа Lohner Electric Chaise в 1901 году в Париже Якоб Лонер получил первый в мире заказ на электромобиль. Но покупатель хотел внести свои коррективы в автомобиль: он должен иметь двигатель внутреннего сгорания, позволяющий преодолевать большие расстояния. Желание клиента – закон, в результате Фердинанд Порше выполнил заявку. По слухам, одни только 44 80-вольтовые батареи весили 1800 кг. Невероятный гибрид мог достигать максимальной скорости 60 км/ч, а заряда емкостных батарей хватало для преодоления 64 км без включения ДВС. К тому же автомобиль с говорящим именем Mixte обладал недюжинными дорожными способностями. Он выиграл гонки Exelberg Rally, транспортным средством управлял сам Фердинанд Порше.

    Знали гибриды и в Российской империи: в 1910 году в тираж вышла книга «Бензино-электрическая тяга», в которой участники Русского электрического общества описывали «бензино-электрический вагон мощностью 60 лошадиных сил». Существовали также более мощные модификации. В таких самодвижущихся вагонах электромоторы соседствовали с бензиновым ДВС, от которого и питались посредством генератора электрической энергии.

    Установить точную хронологию дальнейшего развития гибридных автомобилей сегодня довольно проблематично. Интересной моделью стал Dual Power: техническая сущность очень точно отражена в названии автомобиля (двойная сила). Производителем гибрида стала компания Woods Motor Vehicle, которая специализировалась на разработке электрических автомобилей. Производство было расположено в городе Чикаго. В период с 1915 по 1918 год выпущено около 600 экземпляров - это определенно можно считать успехом! Гибридный Dual Power трогался и до скорости 24 км/ч ехал только на электротяге, после чего в работу вступал ДВС, который был в силах разогнать автомобиль до максимальных 56 км/ч. Немногие современные автомобили с гибридным силовым агрегатом способны на такое. Вот вам и стимпанк в самом активном проявлении, технологии XXI века в начале века XX.

    К сожалению, выпуск дешевых и массовых бензиновых автомобилей поставил крест на развитии электрокаров и гибридов, все забыли о существовании альтернативных видов двигателей. Во всяком случае, до 70-ых годов. Топливный кризис заставил правительство США задуматься об экономичных средствах транспорта. И опять неудача: благое намерение было забыто еще до появления действительно удобных и универсальных гибридных автомобилей. Однако некоторые события той эпохи имели не последнее значение в развитии отрасли в целом, заметны они и в современных гибридах. Одним из основоположников развития гибридных автомобилей в 60-70-ых годах заслужено считается Виктор Воук. Его самым успешным опытом является переоснащение купе Buick Skylark. Место прожорливого бензинового V8 заняли электромотор и роторный двигатель, позаимствованный у Mazda RX-2. Результат превзошел ожидания: расход топлива сократился более чем вдвое, а количество вредных выбросов не превышало 9% среднего показателя американских автомобилей-современников. Неудивительно, что Виктор Воук удостоился прозвища «крестный отец американских гибридов».

    Еще одним знаковым событием семидесятых годов является изобретение рекуперативной тормозной системы. Эта технология позволяет конвертировать кинетическую энергию автомобиля в электричество, заряжая тем самым аккумуляторные батареи. Общий принцип довольно прост и логичен: во время нажатия на педаль тормоза активируется генератор, ротор приводится в действие, создавая нагрузку и замедляя автомобиль. В 1978 году сбылась давняя мечта автомобилистов: теперь добрая часть энергии не стирается впустую о тормозные колодки, а направляется на переработку. Новая система позволила повысить эффективность гибридного силового агрегата, в результате Дэвид Артурс, первопроходец в области рекуперативных тормозных систем, смог создать гибрид на базе Opel GT, расход топлива которого составлял невероятные даже по современным меркам 3,1 литра на 100 км. Изобретательность и напор Дэвида Артурса разбились о скалу непонимания мыслящих лишь коммерчески промышленников, до серийного производства дело вновь не дошло.

    ⇡#Предвестники современных гибридов

    С третьей волной развития автомобилей с двумя типами двигателей читатели наверняка знакомы гораздо ближе. Первым действительно удачным опытом по созданию удобного и функционального гибрида в девяностых годах является Toyota Prius. Акцентировать внимание только на позапрошлом десятилетии уже не стоит, так как все современные гибриды своим развитием, по сути, обязаны именно Toyota Prius. Звучит это несколько рекламно, в стиле промо-слогана, однако анализ продаж и динамика выхода серийных предложений от конкурирующих компаний подтверждают это. Первая версия Toyota Prius вышла в 1997 году, предназначалась она только для внутреннего рынка. Модель NHW10 во многом смогла начать новую эпоху в автомобилестроении, открыв гибридным бензиново-электрическим автомобилям дверь к массовому рынку.

    При разработке Toyota Prius японцы детально продумали все: от конструкции до цены и даже названия. Имя автомобиля выбрано не просто звучное: в переводе с латинского языка оно означает «предыдущий, первостепенный, основной». Еще на заре выпуска они обрекли всех остальных производителей выпускать лишь последователей, наследников Toyota Prius. Не много ли амбиций? В самый раз. Еще в начале разработки в 1995-1996 годах руководство автомобильного гиганта решило сделать гибридный автомобиль, который стал бы массовыми и популярным. Сегодня очевидно: поставленная цель достигнута. Неизвестна только цена успеха: стоимость разработки первого поколения Toyota Prius так и не была названа. Фигурировали в планах Toyota и конкретные цифры: ежегодные продажи на уровне 12000 автомобилей при средней стоимости 17000 долларов. Таким образом, инновационный автомобиль был специально помещен в нишу доступных семейных автомобилей. По мнению экспертов, производство каждого экземпляра первого Prius обходилось Toyota примерно в два раза дороже розничной цены: японская компания непрерывно теряла деньги на выпуске Prius. Траты не шли впустую, расчетливые японцы инвестировали в свое будущее. Еще бы, ведь по ранним оценкам рынок гибридов в 2005 году должен был составить треть общей массы автомобилей. Прогнозы аналитиков не сбылись, однако Toyota Prius все же стал символом гибридного автомобиля, сегодня Prius – имя нарицательное.

    Первое поколение Toyota Prius оснащалось скромным бензиновым двигателем мощностью 58 лошадиных сил, электромотор был почти в полтора раза слабее: 40 л.с. Трансмиссия представлена единой планетарной передачей. Никель-металл-гидридные аккумуляторные батареи емкостью 1,73 киловатт-час заряжались от ДВС. Удивительно, но за 13 лет Prius в техническом аспекте почти не изменился. Немного повысились возможности обоих двигателей, компьютер обзавелся большим дисплеем с красочными диаграммами и графиками, но функционально все осталось на том же уровне. Парадокс: самый инновационный автомобиль современности не меняется вот уже 13 лет.

    Спустя два года после выпуска оригинального Toyota Prius появился заклятый противник бестселлера – Honda Insight. Автомобили по сей день являются прямыми конкурентами. Гибридный Insight можно рассматривать как ответ компании Honda на выпуск Prius, но автомобили довольно значительно разнятся по техническому содержанию. В Insight использован 3-цилиндровый литровый бензиновый двигатель мощностью 68 лошадиных сил. Скромный 13-сильный электромотор расположился непосредственно на коленчатом валу ДВС. Это типичный представитель параллельного гибридного привода. Но о классификации чуть позже. Бензиновый мотор Honda Insight изготовлен из алюминия, титана и прочных видов пластика, что позволило добиться максимального снижения веса: 838 кг в минимальной комплектации. Производитель предусмотрел два типа трансмиссии: 5-скоростная механическая и вариаторная. Ездить без использования ДВС Insight не умеет, зато может похвастаться завидной экономичностью: 3,7 литра на 100 км в смешанном цикле. Это меньше, чем у любой модификации Prius. Более того, это официально самый скромный расход для серийного автомобиля с бензиновым двигателем, когда-либо производимого в США. В чем секрет успеха? В рекуперативной тормозной системе, запасающей энергию во время отрицательного ускорения. Она впоследствии используется при разгоне, позволяя основному двигателю работать не в полную мощь. Дополнительно Honda Insight оснащен системой «стоп/старт», так что во время простоя на запрещающий сигнал светофора потребление топлива прекращается. Еще одна интересная особенность гибридного автомобиля: версия с механической КПП оснащена индикаторами оптимального момента смены передачи. Что до необычного облика хэтчбека, то мы искренне надеемся в его исключительно утилитарном происхождении, все же низкий коэффициент аэродинамического сопротивления играет не последнюю роль в снижении потребления топлива.

    Два рассмотренных нами гибридных автомобиля, пожалуй, являются главными представителями массовых легковых транспортных средств с двумя типами двигателей. Позже появились серийные образцы от Mazda, Mitsubishi, Suzuki. С 2004 года производством гибридных автомобилей начинают заниматься американские производители: Ford, Chevrolet, GMC. Все они – лишь последователи. Не зря японцы именно так назвали свой первый массовый гибрид. Кстати, многие производители делают гибридные автомобили по лицензии Toyota.

    ⇡#Классификация и определение гибридов

    Мы уже разобрались с историей появления гибридных автомобилей, рассмотрели первые массовые модели и вплотную подошли к изучению современных предложений, однако так и не дали точного определения гибрида. Само слово «гибрид» было введено задолго до появления соответствующих транспортных средств. Определение происходит от латинского «hibrida», что означает «помесь». Этот перевод как нельзя точно передает суть гибрида. Раньше (впрочем, как и сегодня) так называли животных и растения, которые произошли от скрещивания разных пород и видов. При переходе к автомобильной тематике сущность почти не меняется. Гибрид – транспортное средство, которое имеет силовую установку смешанного типа. Зачастую под гибридным двигателем подразумевается интеграция ДВС и электромотора, однако это можно считать лишь частным случаем. Чем Honda FCX Clarity не гибрид? В этом автомобиле нет двигателя внутреннего сгорания, зато в наличии водородный и электрический двигатели. Таким образом, под гибридом можно подразумевать любое транспортное средство, в котором производить энергию могут как минимум два раздельных устройства, причем энергия эта может быть использована для приведения транспортного средства в движение. Поправка в конце обязательна, иначе гибридом становится любой современный автомобиль, ведь в каждом есть электрический генератор.

    Теперь о классификации. Первая напрашивается сама - по типу силовой установки. Мы уже определили, что работать в паре с электромотором может не только ДВС. Когда-то это были паровые двигатели, сегодня можно встретить водородные. Даже велосипед с электромотором – гибрид, роль запасного источника энергии выполняет мускульная сила человека.

    Второй принципиальный признак, позволяющий разделить гибридные транспортные средства по категориям, это тип взаимодействия двигателей. Сегодня различают последовательное, параллельное и последовательно-параллельное (смешанное) подключение. Аналогия с электротехникой и соединением проводников. Этот параметр является одним из важнейших в устройстве гибрида, от него зависят возможности и сам принцип функционирования, поэтому рассмотрим его достаточно подробно.

    ⇡#Параллельные гибриды

    Гибридные автомобили с параллельным включением ДВС и электромотора имеют механическую связь между трансмиссией и обоими типами двигателей. Зачастую электромотор в таких автомобилях располагают непосредственно на коленчатом валу ДВС, хотя он может быть подключен к единой трансмиссии отдельным сцеплением или муфтой. В результате основной функционал возложен именно на двигатель внутреннего сгорания. Электромотор может включиться в работу, в этом случае мощность агрегатов будет суммироваться. Зарядка аккумуляторных батарей возможна как от ДВС, так и в рекуперативном режиме. Роль генератора выполняет электромотор, он же зачастую заменяет стартер. Основной плюс гибридов с параллельным включением – экономичность.

    Недостатки параллельного включения вытекают прямо из его особенностей. Если электромотор расположен на коленчатом валу, то без использования ДВС автомобиль не сможет поехать. То есть о передвижении в режиме электрокара речи идти не может. Плюс к этому даже если функционирование электромотора не требуется, его ротор будет вращаться. Исключение – автомобили с интегрированным дополнительным сцеплением. Для совмещения крутящего момента от двух источников в этом случае используется дифференциал.

    Красноречивым примером параллельного гибрида может служить Honda Insight. С момента появления в 1999 году внешний вид автомобиля значительно изменился, внесены и инженерные нововведения, но схема функционирования осталась неизменной.

    ⇡#Последовательные гибриды

    Последовательные гибриды располагаются несколько ближе к электрокарам, хотя без двигателя внутреннего сгорания они тоже далеко не уедут. В отличие от параллельного включения ДВС и электромотора, рассмотренного нами выше, в данной связке бензиновый двигатель не имеет какой-либо связи с колесами. Функционал очень близок к электрокару, ведь именно электромотор приводит автомобиль в движение. Двигатель внутреннего сгорания в данном случае лишь заряжает аккумуляторные батареи. В итоге последовательные гибриды сохранили черты как электрокаров, так и автомобилей с ДВС: они по-прежнему могут преодолевать большие расстояния, процесс заправки прост и быстр, но экономия топлива в городских пробках и рекуперативное торможение значительно повышают эффективность. Существенный недостаток параллельных гибридов – мощность электромотора и ДВС невозможно сложить, а в случае полной разрядки аккумуляторных батарей продолжать поездку некоторое время нельзя: требуется время для зарядки.

    В скором времени начнется производство активно продвигаемого Chevrolet Volt. Это последовательный гибрид в чистом виде. Приживется ли такой тип автомобилей в США – большой вопрос.

    Довольно значительно от последовательного и параллельного включения двигателей отличается устройство самого популярного гибридного автомобиля – Toyota Prius. Тут нет механической и автоматической КПП, не найти и вариаторную трансмиссию. Передачу крутящего момента осуществляет планетарная передача. Японцы не изобрели эту конструкцию, она уже давно применяется в различных сферах индустрии. В том числе автомобильной, ведь гидротрансформаторные АКПП имеют в наличии планетарную передачу. Заслуга инженеров Toyota в том, что именно они использовали этот механизм в подобном применении, не в составе конструкции, а в качестве полноценной трансмиссии. Теперь выясним, как функционирует данный агрегат.

    Планетарная передача – набор связанных шестерней. По центру расположена солнечная шестерня. Она сцеплена с четырьмя сателлитами, которые находятся в фиксированном друг относительно друга положении. Связующим элементом выступает водило. Зубья самой большой кольцевой шестерни связаны с сателлитами. Конструкция довольно проста механически, однако ее устройство предоставляет огромные возможности по передаче и суммированию крутящего момента.

    Относительно конкретного применения планетарной передачи в Toyota Prius можно рассуждать долго. Вариантов функционирования уникальной трансмиссии немало, подробный обзор заслуживает отдельного материала, поэтому вкратце обозначим лишь основные возможности. Каждый элемент планетарной передачи соединен с отдельным устройством: водило с ДВС, солнечная шестерня с первым электромотором, а кольцевая шестерня – со вторым. Именно кольцевая шестерня через редуктор связана с колесами. В результате становится возможным очень гибкое соединение и универсальное разделение между ДВС и электродвигателями, при этом Prius может выполнять функции как параллельного, так и последовательного гибрида. Японцы смогли интегрировать все возможные режимы в компактном устройстве. В зависимости от требования Toyota Prius может ехать только на элекротяге, только за счет ДВС, использовать оба мотора одновременно, разделять крутящий момент ДВС между колесами и генератором… Всё вместе японцы называют Hybrid Synergy Drive, а саму планетарную передачу – Power Split Device, устройство по распределению энергии.

    ⇡#Смешанный тип подключения

    В последнее время стали появляться гибридные автомобили, которые трудно отнести к какому-либо из описанных видов. В чем основная разница между параллельными и последовательными гибридами? Очевидно, в разграничении прав двух двигателей. А если подобная процедура не требуется? Можно, например, привязать ДВС к передней оси автомобиля, а электромотор посадить на заднюю. В итоге каждый агрегат получает практически полную независимость, необходимо только немного скоординировать действия каждого мотора. Такой вариант довольно прост и дешев: не требуется распределяющее устройство или специфическая трансмиссия. Любой автомобиль можно сделать таким гибридом, требуется лишь установить дополнительное оборудование на заднюю ось (если он переднеприводный с передним расположением ДВС) и связать все компоненты с электронным мозгом.

    К недостаткам подобных гибридов можно отнести невозможность зарядки аккумуляторных батарей от ДВС. Только рекуперативная система торможения или подключение к розетке. К представителям нового вида гибридных автомобилей относится Peugeot 3008 HYbrid4, который анонсировали совсем недавно.

    ⇡#Классификация по типу батарей

    Разграничить гибридные автомобили можно и по третьему признаку – типу емкостных батарей. В зависимости от используемых в аноде, катоде и электролите химических элементов изменяются и показатели аккумуляторов. В настоящее время в серийных гибридах можно обнаружить никель-металл-гидридные, литий-металл-фосфатные, литий-полимерные и литий-ионные батареи. Наибольшее распространение, безусловно, получил последний тип. Сегодня основной целью производителей аккумуляторов является повышение удельной емкости (емкости на единицу массы). Однозначного фаворита в этой группе определить сложно, каждый из химических источников тока еще далек от своих теоретических пределов. Определенно, именно от возможностей аккумуляторов во многом зависят способности гибридных автомобилей. Но значительное повышение эффективности аккумуляторов может сделать электрокары приоритетным видом транспорта, а тогда целесообразность гибридных автомобилей ставится под вопрос.

    ⇡#Выбор гибрида

    Уже столько сказано про историю развития гибридных автомобилей и их устройство, но вопрос покупки подобного транспортного средства остается открытым. Выгодны ли гибриды? Удобны ли они в эксплуатации? Какие трудности ждут владельца гибридного автомобиля? И главное: какой гибрид выбрать? В августе в рамках еженедельного обзора новых технологий автомобильной промышленности мы рассмотрели отчет британской автомобильной ассоциации British Columbia Automobile Association, в котором специалисты скрупулезно подсчитали экономический эффект от покупки автомобиля с двумя типами двигателей. Результат обескураживающий: из 16 рассмотренных моделей лишь одна вышла в плюс в сравнении с ближайшим бензиновым аналогом. Почему получилось так, что автомобили с меньшим расходом топлива бьют по кошельку сильнее? Несмотря на неутихающие споры в обществе автомобилистов, гибрид по определению технически сложнее аналогичного автомобиля с единственным бензиновым ДВС. И хотя электромотор устроен довольно просто, он все же требует периодической проверки и планового технического обслуживания. В результате регулярный осмотр в официальном сервисе заметно облегчит кошелек. К тому же век емкостных батарей недолог - в зависимости от устройства и условий эксплуатации их срок жизни может длиться от нескольких лет до десятилетия. Замена аккумуляторов – процедура не из дешевых. Вот и получается в итоге: экономишь на одном, тратишь на другом. Покупать гибрид с прицелом на экономию нельзя.

    Кто определенно будет доволен покупкой автомобиля со смешанным силовым агрегатом, так это любители высоких технологий. Короткие пробежки на электродвигателе (доступно не для всех гибридов), обилие информационных дисплеев, бесшумное перемещение в пробке. Все это, безусловно, доставит удовольствие техноманьяку. Что еще более приятно, так это удивление друзей, коллег и просто соседей по потоку - восхищенные взгляды окружающих дорогого стоят.

    Вы еще не передумали приобретать гибрид? Тогда вам может пригодиться следующая таблица, в которую мы включили основные данные о 25 гибридных моделях: стоимость, форм-фактор, расход топлива. Дополнительно отмечено время разгона с 0 до 100 км/ч, эта цифра обязательна для понимания технических способностей автомобиля.

    Полностью доверять цифрам нельзя: не всегда производитель заявляет полные официальные спецификации, а условия тестов могут отличаться. В целом, если отбросить невероятные характеристики самого экономичного, самого дорогого и в то же время самого быстрого Porsche 918 Spyder Hybrid, который еще не поступил в продажу, собранные данные вполне справедливы. Желающим максимально сэкономить можно порекомендовать Toyota Prius и Honda Insight: основатели рынка все еще смотрятся довольно привлекательно. Выбирать гибридные внедорожники Cadillac Escalade или Chevrolet Tahoe можно только ввиду комплектации, вряд ли электромотор существенно повлияет на расход топлива огромных монстров. В целом же лучше вообще не разделять рынок на автомобили с ДВС и гибридные, а рассматривать все предложения, анализируя новые технические возможности лишь в качестве бонуса. Наверняка через 10-15 лет именно так и будет, большинство моделей станут гибридными, а возможность ехать некоторое время на электрической тяге станет обыденной функцией.

    В заключение приведем статистику продаж. С момента появления первых современных серийных гибридных автомобилей в 1997 году и по сей день двумя основными рынками для этих транспортных средств остаются Япония и США: на их долю приходится более 90% от общего тиража. Но даже в этих странах относительный объем продаж гибридов очень мал: в июле в США гибриды составили 2,27% от общего рынка легковых автомобилей. Перейдем к конкретным цифрам.

    Статистика продаж гибридных автомобилей довольно пессимистична: снижение объема практически по всем моделям. Наиболее удачным для этого сегмента рынка годом стал 2007, с тех пор продолжается планомерное уменьшение спроса. Котировки нефти на мировых торговых биржах давно отступили от максимальных значений, следовательно, можно не экономить сжигаемое топливо. Свою роль сыграл и мировой финансовый кризис.

    Вместе с тем из статданных становится очевиден безоговорочный лидер рынка гибридов – Toyota Pruis. Не зря японцы инвестировали в будущее.

    Несмотря на всю неоднозначность использования гибридного привода в современных автомобилях, уже в ближайшем будущем мы увидим дальнейшее развитие этой технологии. Возможно, гибрид придет и в ваш дом.

    Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

    Понимание микро-, умеренных, полноразмерных и подключаемых гибридных электромобилей - x-engineer.org

    Большинство транспортных средств, используемых во всем мире, по-прежнему оснащены двигателями внутреннего сгорания (ДВС), бензиновыми / бензиновыми или дизельными. Гибридный электромобиль (HEV) имеет как минимум два источника энергии для приведения в движение: двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель.

    Есть три основные причины, по которым производители автомобилей разрабатывают и продают HEV:

    • сокращение выбросов CO 2 (за счет снижения расхода топлива)
    • сокращение токсичных выбросов выхлопных газов
    • улучшение динамика трансмиссии (за счет увеличения общей мощности и крутящего момента)

    Трансмиссия HEV является довольно сложной , потому что она содержит все компоненты транспортного средства с ДВС плюс большинство компонентов чисто электрического транспортного средства (EV).Также, в зависимости от уровня гибридизации, ему нужны два источника энергии: топливный бак для двигателя и аккумулятор для электрической машины.

    Изображение: Toyota Prius V Hybrid Powertrain (HEV)
    Кредит: Toyota

    Если у нас есть автомобиль с ДВС, чтобы превратить его в HEV, нам нужно добавить:

    • высоковольтную батарею (от 200 до 400 В)
    • контроллер силовой электроники (инвертор)
    • электрическая машина
    • преобразователь постоянного тока в постоянный

    Основные недостатки HEV : он увеличивает вес транспортного средства из-за дополнительных электрических компонентов, его сложнее построить, и общая стоимость покупки и владения увеличивается (по сравнению с автомобилем с ДВС).

    В большинстве ТЭН электропривод осуществляется с помощью электрических машин с постоянными магнитами. Основные преимущества электрической машины по сравнению с ДВС:

    • постоянный высокий крутящий момент на низких скоростях
    • очень высокая эффективность
    • мгновенная передача крутящего момента
    • возможность рекуперации энергии

    Изображение: Chevrolet Malibu Hybrid powertrain (HEV)
    Кредит: Chevrolet

    Обозначения:

    1. Двигатель внутреннего сгорания 1,8 л и блок электропривода
    2. Система литий-ионных высоковольтных батарей

    По сравнению с обычным силовым агрегатом, собирает электрическую машину с ДВС мы получаем следующие преимущества:

    • за счет поддержки крутящего момента с электродвигателем, ДВС может работать в наиболее экономичной точке (скорость и крутящий момент)
    • ДВС можно уменьшить в размерах, сохраняя при этом постоянную общий крутящий момент и мощность трансмиссии, благодаря помощи электродвигателя
    • кинетическая энергия Транспортное средство во время торможения может быть восстановлено и сохранено в высоковольтной батарее, с помощью электрической машины, работающей в качестве генератора
    • , можно улучшить реакцию трансмиссии на крутящий момент благодаря мгновенной передаче крутящего момента электродвигателем
    • . передаточные числа трансмиссии могут быть понижены, чтобы двигатель работал на более низких оборотах (лучшая топливная экономичность), потому что электродвигатель может передавать мгновенный запрос крутящего момента от водителя

    Имея два источника мощности, гибридной системе управления требуется чтобы решить, каков крутящий момент между ДВС и электрической машиной, в зависимости от действий водителя и рабочего состояния автомобиля.

    Гибридный электромобиль может выполнять по крайней мере одну или несколько из следующих функций:

    • остановка / запуск двигателя на холостом ходу
    • электрическая помощь крутящему моменту (наполнение и усиление)
    • рекуперация энергии (рекуперативное торможение)
    • электрическое движение
    • зарядка аккумулятора (во время движения)
    • зарядка аккумулятора (от сети)

    Гибридный электромобиль, также называемый полногибридным электромобилем (FHEV) , чтобы отличаться от других типов гибридов электромобили (легкие и сменные).

    Изображение: режимы полного гибридного электромобиля (FHEV)

    Обозначения:
    ENG - двигатель внутреннего сгорания
    MOT - электродвигатель (машина)
    TX - трансмиссия
    BATT - высоковольтная батарея
    PE - модуль силовой электроники (контроллер MOT)

    Функция остановки / запуска на холостом ходу

    Когда автомобиль неподвижен, функция остановки / запуска (S&S) отключает двигатель внутреннего сгорания без вмешательства водителя (через ключ зажигания).Эта функция снижает общий расход топлива автомобиля. Когда водитель демонстрирует намерение ехать (педаль сцепления нажата или педаль тормоза отпущена), двигатель автоматически перезапускается.

    Большинство автомобилей с функцией остановки / запуска на холостом ходу имеют также какую-то функцию управления энергией , которая оптимизирует потребление энергии аккумуляторной батареи низкого напряжения (12 В). В обычном автомобиле с ДВС без какого-либо управления энергией основная функция низковольтной батареи состоит в выработке электроэнергии, необходимой для запуска двигателя.После запуска двигателя электрическая энергия для всех потребителей электроэнергии подается генератором переменного тока (генератором), который создает крутящий момент нагрузки на двигатель.

    Если в автомобиле есть функция управления энергопотреблением, даже если двигатель работает, аккумулятор подает электроэнергию потребителям. Таким образом, генератор не должен вырабатывать электрическую энергию, момент нагрузки генератора почти равен нулю, а расход топлива снижается. Кроме того, аккумулятор перезаряжается, когда двигатель работает в наиболее экономичных режимах или когда транспортное средство тормозит (за счет рекуперации энергии).

    Изображение: Двигатель Renault 1.6 dCi (Micro Hybrid)
    Кредит: Renault

    Примером функций остановки / запуска на холостом ходу и функций управления энергопотреблением является двигатель Renault 1.6 dCi. Он поставляется с функцией Energy Smart Management (ESM) , которая позволяет аккумулировать энергию, создаваемую при торможении и замедлении, в низковольтной батарее, помогая еще больше снизить расход топлива.

    Автомобили с функциями остановки / запуска на холостом ходу и управления энергопотреблением называются Micro Hybrids .

    Электрический усилитель крутящего момента

    Электродвигатель может передавать дополнительный крутящий момент на колесо, улучшая общую реакцию трансмиссии на крутящий момент. Есть два типа поддержки крутящего момента:

    Когда привод нажимает на педаль акселератора, он запрашивает больший крутящий момент от трансмиссии. Двигатель внутреннего сгорания (особенно дизельный) имеет определенную задержку в передаче требуемого крутящего момента. Задержка реакции крутящего момента двигателя внутреннего сгорания имеет несколько причин:

    • инерция воздуха во впускном коллекторе
    • механическая инерция движущихся частей
    • ограничение крутящего момента (для предотвращения дыма в выхлопе)

    В этих ситуациях, называемых переходными процессами крутящего момента (двигатель меняет рабочую точку), электродвигатель может помогать, обеспечивая дополнительный крутящий момент, который компенсирует задержку отклика крутящего момента двигателя.Эта функция называется моментом заполнения .

    Изображение: Honda IMA powertrain (MHEV)
    Кредит: Honda

    Двигатель внутреннего сгорания имеет максимальный крутящий момент, который зависит от частоты вращения двигателя. За счет добавления крутящего момента электродвигателя к крутящему моменту двигателя максимальный общий крутящий момент трансмиссии увеличивается (положительное смещение). Эта функция называется Повышение крутящего момента и может предоставляться только на короткое время (порядка секунд) из-за разряда батареи.

    Функция поддержки крутящего момента с электроприводом обычно обеспечивается мягкими гибридными электромобилями (MHEV), полностью гибридными электромобилями (FHEV) и подключаемыми гибридными электромобилями (PHEV).

    Когда и двигатель, и электродвигатель обеспечивают крутящий момент для ускорения транспортного средства, транспортное средство находится в гибридном / параллельном режиме .

    Рекуперация энергии (рекуперативное торможение)

    Когда водитель нажимает на педаль тормоза, автомобилю необходимо снизить скорость.В основном нам нужен тормозной момент на колесах, чтобы снизить скорость автомобиля. Общий требуемый тормозной момент на колесах может быть достигнут несколькими способами:

    • только с помощью фундаментных тормозов (гидравлические тормоза)
    • через фундаментные тормоза плюс трансмиссия

    Если автомобиль имеет обычную трансмиссию, только с внутренними двигатель внутреннего сгорания, когда водитель тормозит, впрыск топлива прерывается (прекращается подача топлива) и двигатель выходит за пределы допустимого диапазона (торможение двигателем).Величина моторного тормоза равна суммарным потерям крутящего момента двигателя (крутящий момент на трение + насосные потери + вспомогательные устройства).

    Изображение: Audi Prologue concept (MHEV)
    Кредит: Audi

    Легенда:

    1. Электромашина 48 В
    2. Литий-ионная батарея 48 В
    3. Аккумулятор 12 В
    4. Преобразователь постоянного тока в постоянный (двунаправленный)
    5. Электрическая система 12 В

    В гибридном электромобиле, когда водитель тормозит, от электрической машины может быть запрошен отрицательный крутящий момент , повышая тормозную способность трансмиссии .Во всех гибридных электромобилях при торможении автомобиля электрическая машина работает в режиме генератора. Кинетическая энергия транспортного средства раскручивает ротор генератора, преодолевая его отрицательный крутящий момент, и вырабатывается электрическая энергия. Количество электроэнергии, генерируемой (собираемой) при торможении (рекуперация / регенерация), зависит от мощности электрической машины.

    Электрический привод

    Если электрическая машина достаточно мощная, транспортное средство может двигаться в электрическом режиме (EV) .В этом режиме двигатель внутреннего сгорания выключен, и электродвигатель обеспечивает необходимый крутящий момент для приведения в движение транспортного средства.

    В случае полностью гибридных электромобилей электрический режим возможен только до транспортных средств со скоростью 5–10 км / ч из-за ограниченной энергии, доступной в батарее. В случае подключаемых к электросети гибридных электромобилей высоковольтная батарея имеет более высокую емкость, при этом режим электромобиля возможен до скорости 90–100 км / ч.

    Зарядка аккумулятора (во время движения)

    Каждая батарея имеет минимальный уровень заряда (SOC) , который необходимо поддерживать во избежание необратимого повреждения.Состояние заряда представляет собой теоретическое количество электроэнергии, доступной в аккумуляторе. Если SOC батареи составляет 100%, это означает, что существует максимальное теоретическое количество электроэнергии, которое можно использовать. Если минимальное значение SOC для батареи составляет 20%, мы можем использовать только 80% от теоретического максимума.

    Изображение: Трансмиссия Mitsubishi Outlander (PHEV)
    Кредит: Mitsubishi

    В зависимости от размера, мощности и химического состава аккумулятора минимальный SOC может быть разным. В таблице ниже представлен синтез минимальной функции батареи SOC для типа гибридного электромобиля:

    Тип гибридного электромобиля Micro (S&S) Mild (MHEV) Full (FHEV) Plug-in (PHEV)
    Минимальный уровень заряда батареи [%] 80… 90 40… 60 30… 50 10… 20
    Напряжение аккумулятора [В] 12 48/160 200–300 300–400
    Химический состав аккумулятора свинцово-кислотный литий-ионный / никель-металлогидридный литий-ионный литий-ионный

    В любом гибридном электромобиле, в зависимости от уровня SOC, аккумулятор может находиться в нескольких состояниях:

    • разряжен
    • поддерживается заряд
    • заряда ng

    Изображение: BMW i8 powertrain (PHEV)
    Кредит: BMW

    Когда аккумулятор полностью заряжен, электроэнергия доступна для использования.В этом случае батарея находится в режиме полного разряда . Когда SOC батареи достигает минимального уровня, двигатель внутреннего сгорания отвечает за зарядку батареи, чтобы SOC не опускался ниже минимального уровня. В этом случае батарея находится в режиме поддержания заряда . Когда автомобиль тормозит, кинетическая энергия автомобиля преобразуется в электрическую и накапливается в аккумуляторной батарее. В этом случае аккумулятор находится в режиме зарядки .

    Зарядка аккумулятора (от сети)

    С точки зрения зарядки аккумулятора, основное различие между полностью гибридным электромобилем и подключаемым к электросети электромобилем заключается в том, что PHEV также можно заряжать, подключив его к розетке. .Модуль управления силовой электроникой подключаемого гибридного электромобиля содержит выпрямитель , который преобразует переменный ток (AC) в розетке питания в постоянный ток (DC) и хранится в высоковольтной батарее.

    Изображение: BMW 330e PHEV, зарядка от сети
    Кредит: BMW

    В зависимости от функций, которые могут выполняться электрической системой, мы различаем следующие типы гибридных электромобилей:

    stop /
    Функции Тип гибридного электромобиля
    Micro (S&S) Mild (MHEV) Full (FHEV) Plug-in (PHEV)
    электрическая помощь крутящему моменту
    (наполнение и наддув)
    9024 рекуперативное торможение 9023 9023 9023 9024 рекуперативное торможение ♦
    электрический привод
    (режим EV)
    ba зарядка аккумулятора
    (во время движения)
    зарядка аккумулятора
    (от сети)

    в корпусе электромобилей (MHEV) существует два различных типа:

    • со встроенным в ремень стартер-генератором
    • со встроенным в коленчатый вал электродвигателем-генератором

    Стартер-генератор со встроенным ремнем (BiSG) использует электрическую машину, установленную на передний привод вспомогательных агрегатов (FEAD), связанный с ДВС посредством ремня.Это наиболее распространенное решение, используемое производителями автомобилей для мягких гибридных электромобилей. Valeo разработала систему BiSG для MHEV, которая используется несколькими производителями автомобилей.

    Изображение: Valeo Система ленточного стартера-генератора (MHEV)
    Кредит: Valeo

    Двигатель-генератор со встроенным коленчатым валом (CiMG) использует электрическую машину, установленную на коленчатом валу, между двигателем и трансмиссией. Примером системы CiMG является технология Integrated Motor Assist (IMA) от Honda.Основное различие между BiSG и CiMG заключается в том, что в решении с двигателем-генератором, интегрированным в коленчатый вал, используется более мощная электрическая машина и батарея с более высоким напряжением и мощностью.

    В таблице ниже вы можете найти синтез типов гибридных электромобилей с точки зрения напряжения батареи, мощности электрической машины и потенциального расхода топлива:

    Электрический мощность машины [кВт]
    (двигатель)
    Параметр Micro Hybrid Mild Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid
    Напряжение аккумулятора [В] 12 48 - 160 200-300 300258 2… 3 10… 15 30… 50 60… 100
    Мощность электрической машины [кВт]
    (генератор)
    <3 10 … 12 30… 40 60… 80
    Диапазон режима EV [км] 0 0 5… 10 <50
    CO 2 9001 1 расчетная выгода [%] 5… 6 7… 12 15… 20> 20

    В будущей статье мы опишем каждый тип гибридного электромобиля более подробно.

    По любым вопросам, наблюдениям и запросам по этой статье используйте форму комментариев ниже.

    Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

    Гибридные автомобили - простое руководство

    гибрид [произносится хахи -гибрид]

    существительное Вещь, созданная путем объединения двух различных элементов.


    Гибридные автомобили становятся все более и более распространенными, и здесь, в AA Thornton, мы обрабатываем патентные заявки, направленные на широкий спектр задействованных технологий.

    Эта краткая статья объясняет, что именно подразумевается под «гибридом», различные типы доступных гибридных транспортных средств и некоторые из используемых технологий.

    Что такое гибрид?

    Обычно называемые гибридными электромобилями (HEV), как следует из определения, приведенного выше, гибридный автомобиль - это просто автомобиль, для движения которого используются два разных источника энергии. Два разных источника энергии - это, как правило, бензин и электричество (наиболее распространены в США) и дизельное топливо и электричество (которые можно найти в Европе).

    Существует три основных типа гибридных транспортных средств; полных гибридов , мягких гибридов и подключаемых гибридов .

    • Полногибридный (FHEV) может работать только на двигателе внутреннего сгорания (т. Е. Дизельном / бензиновом), электрическом двигателе (т. Е. Питании от батарей) или их комбинации. Toyota Prius - наиболее известный пример этого. Полный гибрид не подключается для подзарядки; аккумулятор заряжается за счет работы двигателя внутреннего сгорания.
    • Мягкий гибрид имеет электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания, которые всегда работают вместе.Примером этого является гибрид Honda Accord. Мягкие гибриды не могут работать только в электрическом режиме или только в режиме двигателя внутреннего сгорания; двигатели / моторы всегда работают параллельно.
    • Подключаемый гибрид (PHEV), как следует из названия, требует подключения к электросети для полной зарядки аккумулятора. PHEV могут работать только в электрическом режиме.

    Используемая технология

    Все три типа гибридов имеют общие функции для работы. Цель гибрида - максимально использовать электрическую часть трансмиссии без ущерба для производительности.Снижаются вредные выбросы и повышается топливная экономичность автомобиля. Это связано с тем, что электродвигатель более эффективен, чем двигатель внутреннего сгорания, и не производит выбросов.

    Исключением из этой цели могут быть La Ferrari, McLaren P1 и Porsche 918. Эти высокопроизводительные автомобили используют свои электродвигатели для достижения максимальной производительности, а не для максимальной эффективности и экологичности.

    «Мы хотели использовать гибридную технологию для повышения производительности, как в Формуле 1, а не просто использовать ее для снижения расхода топлива и выбросов»

    Роберто Федели, технический директор Ferrari

    Как уже упоминалось выше, для питания электрической части гибридного двигателя гибридное транспортное средство должно нести аккумулятор.Размер аккумулятора зависит от того, насколько от него рассчитан автомобиль, а способ зарядки аккумулятора зависит от размера аккумулятора.

    Например, подключаемый к сети гибрид может частично заряжаться во время движения автомобиля, но обычно его необходимо подключить к электросети, чтобы полностью зарядить большую батарею. Для двигателя внутреннего сгорания неэффективно полностью заряжать аккумулятор на ходу.

    Меньшие батареи в полных и мягких гибридах можно заряжать разными способами:

    Регенеративное торможение

    Без такой системы эта кинетическая энергия будет потеряна - в основном в виде тепла в качестве тормоза. колодки автомобиля нагреваются из-за трения тормозной колодки о тормозной диск.

    Стоп-старт

    Существует множество различных типов систем старт-стоп, которые мы не будем вдаваться в эту статью, но, по сути, система стоп-старт автоматически выключает двигатель каждый раз, когда автомобиль останавливается ( например, на светофоре) и мгновенно перезапускает его при нажатии на педаль акселератора.

    Показатели миль на галлон (MPG) можно заметно улучшить, исключив из поездки работу двигателя на холостом ходу.

    Управление двигателем

    Гибридные автомобили также часто включают в себя системы управления двигателем, которые позволяют двигателю приводить в действие электродвигатель / генератор на определенных участках цикла движения, где он может это делать наиболее эффективно - таким образом, заряжая аккумулятор.

    Топливная эффективность гибридного автомобиля также может быть улучшена за счет оптимальной настройки двигателя и трансмиссии, например:

    Цикл Аткинсона

    Полные гибриды чаще всего используют «цикл Аткинсона». Это рабочий цикл четырехцилиндрового двигателя, предназначенный для повышения эффективности за счет уменьшения мощности за счет сокращения тактов впуска и сжатия.

    С добавлением электродвигателя для заполнения пробелов водитель не чувствует, что у автомобиля недостаточная мощность.

    Бесступенчатая трансмиссия (CVT)

    CVT - это эффективный тип автоматической трансмиссии, в которой передаточные числа изменяются более стабильно.

    Это позволяет двигателю работать в наиболее экономичном диапазоне оборотов, таким образом увеличивая расход топлива на галлон.

    Полный гибрид (FHEV)

    например Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius, Honda Accord Hybrid

    FHEV используют все технологии, описанные выше, и являются наиболее экономичным типом гибридных автомобилей.Они также могут работать в последовательном режиме , параллельном режиме или полностью электрическом режиме .

    Полностью электрический режим не требует пояснений и обычно используется FHEV на низкой скорости (например, до 30 миль в час). В последовательном режиме также используется электродвигатель для привода колес, но двигатель внутреннего сгорания используется одновременно с бортовым генератором. В параллельном режиме двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель используются вместе для привода колес.

    Мягкий гибрид

    e.г. Peugeot 308 e-HDi, Ferrari LaFerrari, Chevrolet Malibu

    Мягкий гибрид ограничен параллельным режимом, поэтому его действительно можно рассматривать как имеющий аккумулятор и вспомогательный двигатель. Электродвигатель недостаточно мощный, чтобы приводить колеса в движение на любой реальной скорости без помощи двигателя внутреннего сгорания.

    Мягкие гибриды обычно имеют стоп-старт и рекуперативное торможение, но не способны к показателям MPG FHEV.

    Plug-in Hybrid

    например, Audi A2 E-Tron, BMW i8, Ford C-Max Energi, Kia Optima, Porsche Cayenne S, McLaren P1

    Как правило, подключаемые гибриды используют все технологии FHEV, но имеют аккумулятор большей емкости, который можно подключить в сеть для зарядки (например, на ночь).Диапазон, в котором они могут двигаться в полностью электрическом режиме, выше среднего FHEV.

    Высокопроизводительные гибриды

    например McLaren P1, Ferrari LaFerrari и Porsche 918 Spyder

    Наконец, как уже упоминалось выше, не обязательно, чтобы все гибридные автомобили обеспечивали максимальную топливную эффективность. Другая ветвь гибридов использует эту технологию для повышения производительности.

    LaFerrari (определяется как «мягкий гибрид» из приведенного выше списка) заряжает свои батареи во время торможения или каждый раз, когда двигатель внутреннего сгорания развивает больший крутящий момент, чем требуется, например, во время поворота.

    Избыточная энергия (сохраненная в батареях) может быть использована для повышения мощности при следующем ускорении водителя.

    LaFerrari может проехать около 14 миль в чисто электрическом режиме, но Ferrari ограничила максимальную скорость в режиме полной батареи до 3 миль в час. Как сказал Роберто Федели (технический директор Ferrari):

    «Вы можете выйти из гаража в автономном режиме, но это все. Этот автомобиль спроектирован для экстремальных характеристик


    Если вы хотите получить более подробную информацию по любому из вышеперечисленного или обсудить события в автомобильном мире, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к одному из наших опытных юристов в сектор машиностроения, физики и механических устройств.


    Категория: Последние идеи, новости | Автор: Стюарт Гринвуд | Опубликовано: | Подробнее

    Могут ли гибридные двигатели создавать больше мощности?

    Гибридные автомобили

    практически синонимичны экологичному вождению, но это не значит, что эти экономичные автомобили не могут произвести достаточно мощности, чтобы при необходимости сбить вас с ног.

    Прежде чем мы сможем поговорить о мощности гибридного двигателя, давайте сначала объясним, как работают гибридные двигатели. Гибридные двигатели объединяют два разных источника энергии для перемещения автомобиля. Первый источник - традиционный двигатель внутреннего сгорания, который вырабатывает энергию за счет сжигания топлива, обычно бензина. Вторым источником обычно является электродвигатель, который получает питание от аккумуляторной батареи в автомобиле. Двигатель и электродвигатель работают вместе, чтобы производить энергию, необходимую для работы транспортного средства. Однако двигатель внутреннего сгорания в гибридном автомобиле обычно намного меньше обычного для эффективности и для размещения электродвигателя.Эта дихотомия поднимает большой вопрос перед энтузиастами экологичного вождения, которые хотят объединить производительность двигателя и экономию топлива: как гибридный двигатель может создавать больше мощности?

    Объявление

    Один из способов повысить мощность гибрида - обновить батареи. Например, аккумуляторная батарея, используемая в Toyota Prius третьего поколения, меньше и более эффективна [источник: Garrett], чем батареи в предыдущих версиях автомобиля, что дает ему немного более высокую выходную мощность [Источник: Voelcker].Аккумуляторная батарея второго поколения была рассчитана на 28 лошадиных сил по сравнению с 36 лошадиными силами третьего поколения [источник: Toyota]. Хотя это лишь небольшое улучшение мощности по сравнению с предыдущими поколениями, технология аккумуляторов движется в сторону литий-ионных аккумуляторов, которые потенциально могут производить еще больше энергии в ближайшем будущем.

    У этих новых аккумуляторов есть много преимуществ: литий-ионные аккумуляторы могут производить больше энергии в том же объеме пространства, потому что литий имеет большую плотность энергии, чем никель-металлогидридные аккумуляторы, используемые в большинстве гибридов, а также он меньше весит.Благодаря этим преимуществам, вы можете относительно скоро увидеть, что в гибридных автомобилях используются литий-ионные батареи.

    Электродвигатели могут не только устанавливать более мощные аккумуляторы, но и увеличивать свою мощность за счет повышения напряжения. Prius 2010 увеличил свою мощность с 500-вольтовой системы в предыдущей версии до 650 вольт в модернизированной модели [Источник: Toyota].

    Нетрудно заметить, что увеличение мощности электродвигателя в сочетании с мощным двигателем внутреннего сгорания - это всего лишь рецепт, необходимый для создания гибрида, способного конкурировать с традиционными автомобилями.

    Перейдите на следующую страницу, чтобы увидеть, как гибриды могут достигать серьезной мощности в лошадиных силах, сохраняя при этом свою топливную экономичность.

    Гибридный двигатель

    Есть много типов автомобилей, которые люди используют в своих путешествиях. Хотя большинство этих автомобилей выглядят одинаково под корпусом, есть некоторые фундаментальные отличия, которые можно найти в некоторых типах автомобилей.Настоящая разница заключается в двигателе автомобиля и в том, как он работает в результате этой разницы. В обычных автомобилях двигатель - это двигатель внутреннего сгорания. Вы обнаружите, что гибридный двигатель работает несколько иначе.

    В двигателе гибридного автомобиля используются как батареи внутреннего сгорания, так и электрические батареи. Эти два источника питания необходимы для работы автомобиля. Чтобы понять, как эти два элемента могут помочь улучшить автомобиль, может быть полезно рассмотреть каждый из этих источников питания по отдельности.Первое, что мы рассмотрим, это электрические батареи. Эти батареи используются для обеспечения питания электродвигателя.

    Электрический аккумулятор в гибридном двигателе питает автомобиль, поэтому он потребляет меньше топлива. В этих гибридных автомобилях энергия аккумулятора сохраняется за счет использования двигателя внутреннего сгорания. Без топлива от гибридного двигателя электрическую батарею нужно было бы очень быстро заменить.

    Двигатель внутреннего сгорания, с другой стороны, позволит машине начать использовать топливо в качестве начального повышения мощности.Как только мощность проходит через автомобиль, гибридный двигатель помогает батареям экономить необходимое топливо. В большинстве HEV гибридный двигатель отключает двигатель внутреннего сгорания, когда он находится в режиме холостого хода. Это лишь некоторые из функций, которые вы найдете в большинстве гибридных автомобилей.

    Как некоторые люди, которым трудно понять, как работает гибридный двигатель, вы можете получить эту информацию от одного из продавцов в представительстве, где вы планируете покупать свой автомобиль.

    Электрический аккумулятор в гибридном двигателе питает автомобиль, поэтому он потребляет меньше топлива. В этих гибридных автомобилях энергия аккумулятора сохраняется за счет использования двигателя внутреннего сгорания. Без топлива от гибридного двигателя электрическую батарею нужно было бы очень быстро заменить.

    Двигатель внутреннего сгорания, с другой стороны, позволит машине начать использовать топливо в качестве начального повышения мощности. Как только мощность проходит через автомобиль, гибридный двигатель помогает батареям экономить необходимое топливо.В большинстве HEV гибридный двигатель отключает двигатель внутреннего сгорания, когда он находится в режиме холостого хода. Это лишь некоторые из функций, которые вы найдете в большинстве гибридных автомобилей.

    Теги статьи: Двигатель внутреннего сгорания, Гибридный двигатель, Внутреннее сгорание, Электрическая батарея, Гибридные автомобили, Двигатель внутреннего сгорания

    Источник: Бесплатные статьи с сайта ArticlesFactory.com


    Реактивный двигатель | инженерия | Британника

    Газовая турбина работает по циклу Брайтона, в котором рабочая жидкость представляет собой непрерывный поток воздуха, поступающего во впускное отверстие двигателя.Воздух сначала сжимается турбокомпрессором до степени сжатия, обычно в 10-40 раз превышающего давление входящего воздушного потока (как показано на рисунке 1). Затем он поступает в камеру сгорания, куда вводится постоянный поток углеводородного топлива в виде капель распыляемой жидкости и пара или того и другого, и он сгорает при приблизительно постоянном давлении. Это приводит к возникновению непрерывного потока продуктов сгорания под высоким давлением, средняя температура которого обычно составляет от 980 до 1540 ° C или выше.Этот поток газов проходит через турбину, которая соединена крутящим моментом вала с компрессором и отбирает энергию из газового потока для приведения в действие компрессора. Поскольку тепло было добавлено к рабочему телу под высоким давлением, поток газа, который выходит из газогенератора после расширения через турбину, содержит значительное количество избыточной энергии, т. Е. Газовую мощность, благодаря своему высокому давлению, высокой температура и высокая скорость, которые могут быть использованы для двигательных целей.

    Рисунок 1: Поперечное сечение турбореактивного двигателя и (ниже) график типичных условий эксплуатации его рабочего тела.

    Encyclopædia Britannica, Inc.

    Тепло, выделяемое при сжигании типичного реактивного топлива в воздухе, составляет примерно 43 370 килоджоулей на килограмм (18 650 британских тепловых единиц на фунт) топлива. Если бы этот процесс был на 100 процентов эффективен, он тогда производил бы энергию газа на каждую единицу расхода топлива в 7,45 лошадиных сил / (фунтов в час) или 12 киловатт / (кг в час).Фактически, некоторые практические термодинамические ограничения, которые являются функцией максимальной температуры газа, достигаемой в цикле, ограничивают эффективность процесса примерно до 40 процентов от этого идеального значения. Пиковое давление, достигаемое в цикле, также влияет на эффективность производства энергии. Это означает, что нижний предел удельного расхода топлива (SFC) для двигателя, производящего газовую мощность, составляет 0,336 (фунт в час) / лошадиная сила или 0,207 (кг в час) / киловатт. На практике SFC даже выше этого нижнего предела из-за неэффективности, потерь и утечек в отдельных компонентах первичного двигателя.

    Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

    Поскольку вес и объем имеют большое значение в общей конструкции самолета и поскольку силовая установка составляет значительную долю от общего веса и объема любого самолета, эти параметры должны быть минимизированы в конструкции двигателя. Воздушный поток, который проходит через двигатель, является представительной мерой площади поперечного сечения двигателя и, следовательно, его веса и объема. Следовательно, важным показателем качества первичного двигателя является его удельная мощность - количество энергии, которое он генерирует на единицу воздушного потока.Эта величина очень сильно зависит от максимальной температуры газа в активной зоне на выходе из камеры сгорания. Современные двигатели вырабатывают от 150 до 250 лошадиных сил / (фунт в секунду) или от 247 до 411 киловатт / (кг в секунду).

    Движитель

    Мощность газового двигателя, создаваемая первичным двигателем в виде горячего газа под высоким давлением, используется для приведения в действие движителя, позволяя ему создавать тягу для приведения в движение или подъема самолета. Принцип создания такой тяги основан на втором законе движения Ньютона.Этот закон обобщает наблюдение, что сила ( F ), необходимая для ускорения дискретной массы ( м ), пропорциональна произведению этой массы на ускорение ( a ). Фактически

    , где масса принимается как вес ( w ) объекта, деленный на ускорение свободного падения ( g ) в месте, где объект был взвешен. В случае реактивного двигателя, как правило, имеют дело с ускорением постоянного потока воздуха, а не с дискретной массой.Здесь эквивалентное утверждение второго закона движения состоит в том, что сила ( F ), необходимая для увеличения скорости потока жидкости, пропорциональна произведению скорости массового расхода ( M ) потока на изменение скорости потока,

    , где скорость на впуске ( V 0 ) относительно двигателя принята как скорость полета, а скорость выброса ( V j ) - скорость выпуска или струи относительно двигателя. W - это скорость массового расхода рабочего тела (т. Е. Воздуха или продуктов сгорания), деленная на ускорение свободного падения в месте измерения массового расхода. Относительно небольшое влияние массового расхода топлива на создание разницы между массовым расходом впускного и выпускного потоков намеренно не принимается во внимание.

    Таким образом, можно сделать вывод, что компоненты движителя должны оказывать силу F на поток воздуха, протекающий через движитель, если это устройство ускоряет воздушный поток от скорости полета V 0 до скорости нагнетания V Дж .Реакция на эту силу F в конечном итоге передается от опор движителя к летательному аппарату как движущая сила.

    Существует два общих подхода к преобразованию мощности на газе в тягу. В одном из них вторая турбина (то есть турбина низкого давления или мощная турбина) может быть введена в проточный тракт двигателя для извлечения дополнительной механической мощности из доступной газовой мощности. Затем эту механическую мощность можно использовать для привода внешнего движителя, такого как винт самолета или винт вертолета.В этом случае тяга создается в движителе, поскольку он возбуждает и ускоряет воздушный поток, проходящий через движитель, то есть воздушный поток, отдельный от потока, проходящего через первичный движитель.

    Во втором подходе высокоэнергетический поток, подаваемый первичным двигателем, может подаваться непосредственно в реактивное сопло, которое ускоряет газовый поток до очень высокой скорости на выходе из двигателя, типичным примером которого является турбореактивный двигатель. В этом случае тяга создается в компонентах первичного двигателя, поскольку они приводят в действие поток газа.

    В других типах двигателей, таких как турбореактивный, тяга создается обоими подходами: большая часть тяги создается вентилятором, который приводится в движение турбиной низкого давления и который возбуждает и ускоряет байпасный поток ( см. ниже ). Оставшаяся часть общей тяги получается за счет основного потока, который выпускается через реактивное сопло.

    Подобно тому, как первичный двигатель является несовершенным устройством для преобразования теплоты сгорания топлива в мощность газа, так и движитель является несовершенным устройством для преобразования мощности двигателя на газе в тяговое усилие.Обычно в высокотемпературном высокоскоростном реактивном потоке, выходящем из движителя, остается много энергии, которая не полностью используется для движения. Эффективность движителя, тяговая эффективность η p , представляет собой долю доступной энергии, которая эффективно используется для приведения в движение самолета, по сравнению с полной энергией реактивного потока. Для простого, но представительного случая, когда поток нагнетаемого воздуха равен потоку входящего газа, найдено, что

    Хотя для создания полезной тяги скорость V j должна быть больше, чем скорость самолета V 0 , большая скорость струи, которая значительно превышает скорость полета, может быть очень пагубной для тяги. .Максимальный тяговый КПД достигается, когда скорость струи почти равна (но, при необходимости, немного выше) скорости полета. Этот фундаментальный факт привел к появлению большого количества реактивных двигателей, каждый из которых предназначен для создания определенного диапазона скоростей реактивной струи, который соответствует диапазону скоростей полета самолета, на котором он должен работать.

    Чистая оценка эффективности реактивного двигателя - это измерение расхода топлива на единицу создаваемой тяги (например,g. в фунтах или килограммах в час израсходованного топлива на фунты или килограммы создаваемой тяги). Простого обобщения величины удельного расхода топлива тягового двигателя не существует. Это в значительной степени зависит не только от эффективности первичного двигателя (и, следовательно, от его степени давления и температуры пикового цикла), но также и от пропульсивной эффективности движителя (и, следовательно, от типа двигателя). Это также сильно зависит от скорости полета самолета и температуры окружающей среды (которая, в свою очередь, сильно зависит от высоты, времени года и широты).

    Введение в гибридные автомобили - онлайн-загрузка видео на ppt

    Презентация на тему: «Знакомство с гибридными автомобилями» - стенограмма презентации:

    1 Введение в гибридные автомобили

    2 ГИБРИДНЫЙ АВТОМОБИЛЬ - ОПРЕДЕЛЕНИЕ
    ТЕРМИН «ГИБРИДНЫЙ» означает СМЕСЬ ИЛИ СМЕСЬ ДВУХ ДВУХ ДВУХ ТИПОВ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ …….. [ICE] ТЯГОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

    3 Определения HEV = гибридный электромобиль
    Включает электродвигатель / генератор и двигатель ДВС BEV = аккумуляторный электромобиль Имеет электродвигатель / генератор и батареи. Не имеет двигателя внутреннего сгорания. H3EV = Автомобиль с водородным топливным элементом. Имеет электродвигатель и водородный топливный элемент для выработки электроэнергии в результате электрохимической реакции между водородом и кислородом.

    4 Определения h3ICE = Двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде
    Обычное транспортное средство с ДВС [с дизельным или искровым зажиганием], работающее на водороде. PHEV = Гибридный автомобиль с подключением к сети. работа и использование энергии из электросети вместо бензина.

    5 ПРЕИМУЩЕСТВА ГИБРИДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
    ПОВЫШЕННАЯ ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА Обычно на 20-30% выше ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ УЛУЧШАЕТСЯ, особенно на низких скоростях ДИАПАЗОН И ВРЕМЯ ЗАПРАВКИ Такие же, как у обычного автомобиля ДВИГАТЕЛЬНОСТЬ Почти такая же, как у обычного автомобиля


    6 НЕДОСТАТКОВ гибридных систем
    Более высокая стоимость НАСТОЯЩЕЕ гибридные транспортные средства PRICED ТИПИЧНО $ 3000 до $ 6000 БОЛЕЕ сравнимой обычных ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВА БЕЗОПАСНОСТИ ПРОБЛЕМЫ В ДТП СПАСАТЕЛЬНОЙ PERSONAL должны быть осведомлены о надлежащих процедурах, необходимых для извлечения жертв аварии из автомобиля энергетического потенциала НАИБОЛЕЕ СИСТЕМЫ ГИБРИДНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ МОГУТ ELECTROCU

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *